1900年12月14日，马克斯-普朗克（ Max Planck）向柏林科学院提交了题为 "正常光谱中能量分布规律的理论（Theory of law of distribution of energy in a normal spectrum） "的论文。这一天可以说是量子力学的诞生日，因为普朗克的理论认为，光的能量与频率成正比，而将它们联系起来的常数被称为普朗克常数（h）。普朗克的理论认为，辐射能量是由被称为 "量子 "的粒子状成分组成的。该理论有助于解决以前无法解释的自然现象，如固体中的热行为和原子层面上的光吸收性质。基于普朗克的理论，阿尔伯特-爱因斯坦于1905年在他的三篇开创性论文之一中提出，光是由离散的能量包组成的，每个包被称为光子，其能量与波的频率成正比。这些量子是不可分割的单位，不是连续体的一部分。- 1931年11月11日，爱因斯坦和马克斯-普朗克在马克斯-冯-劳埃在柏林举行的晚宴上。
一个沿着特定轨道围绕原子核旋转的电子具有确定的和不连续的能量。这个假设被称为能量的量化。1909年，纽西兰出生的物理学家欧内斯特-卢瑟福在曼彻斯特大学做了一个实验，带正电的α粒子被射向薄金箔。大多数α粒子直接穿过金箔。但也有少数从屏幕上向不同方向散射。实验证据表明，卢瑟福提出了原子结构的两个基本假设。
这导致了一个新的原子 核模型 的诞生，它与之前约瑟夫-汤姆森提出的原子结构的 "面包 "模型（1904年）不同，在实验上更具有说服力。但这一模型有其自身的局限性，因为它假定电子围绕一个带正电的原子核旋转，所需的向心力由原子核和相关电子之间的静电力提供。但根据经典力学，考虑到电子在原子中也是一个加速电荷，加速电荷在轨道上移动时必须辐射能量，最终应在短时间内与原子核坍缩。这应该使原子变得不稳定，但情况似乎并非如此，而且当时也没有对此作出解释。为了解决这个问题，丹麦物理学家尼尔斯-玻尔在1913年提出了原子结构的两个假设，玻尔的第一个假设是：- 电子只能沿着某些特定的轨道旋转，其角动量被量化。在这样的轨道上，电子不会辐射出能量。这个命题解决了卢瑟福原子模型不稳定性的问题，
- 电子在从一个轨道跃迁到另一个轨道时辐射能量。玻尔继续证明，这个模型解释了氢原子的光谱。
阿尔伯特-爱因斯坦在得知玻尔的发现后，对这个思想非常赞同（也有点嫉妒），后来他宣布：有一些证据显示，一位科学家曾向卢瑟福报告说："他（爱因斯坦）告诉我，他曾经有过类似的想法，但他没有敢于发表。"1916年，爱因斯坦将玻尔的假设用于原子模型，并发表了一系列论文，其中最重要的是一篇题为《论辐射的量子理论》的论文，于1917年发表在一本杂志上。在他的一篇论文中，爱因斯坦提供了他对气体原子在电或光的作用下发射光子的解释，这在四十年后形成了发明激光的基础。后来在1925年，物理学家维尔纳-海森堡发表了一篇突破性的论文。同年，在与马克斯·伯恩和帕斯夸尔·乔丹（ Max Born and Pascual Jordan）合著的一系列论文中，他详细阐述了量子力学的矩阵公式。1927年，他进一步发表了测不准原理。1932年，海森堡因“创造了量子力学”而被授予诺贝尔物理学奖。20世纪20年代，原子量子化的概念及其在理解物理现象方面的应用，在法国物理学家路易-维克多-德布罗意和奥地利物理学家埃尔温-薛定谔的工作基础上，通过更复杂的数学模型得到进一步发展，这些模型描绘了电子的粒子和波的性质。德布罗意提出了电子的波粒二象性，这使他获得了1929年的诺贝尔物理学奖，而埃尔温-薛定谔则提出了一套被称为 "薛定谔时间依赖和独立方程 "的方程，这成为量子力学进一步发展的基础性数学方程。薛定谔与保罗-狄拉克一起被授予1933年诺贝尔物理学奖，"因为发现了新的原子理论"。
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