En 1905, Albert Einstein publica el trabajo sobre el efecto fotoeléctrico. Con este trabajo, da significado físico a la hipótesis de la cuantización de la energía. A Planck no se le ocurrió suponer que también la radiación electromagnética tenía carácter discreto (en vez de continuo). 

 

Einstein sugirió que la luz está formada de cuantos discretos de energía (fotones) lo que explicaría fenómenos que la teoría ondulatoria de la luz todavía no podía explicar, como la fluorescencia y el efecto fotoeléctrico. Esta conjetura fue confirmada en comprobaciones posteriores.

 Sin embargo, se presentaba una contradicción. Por un lado existían fenómenos, como la interferencia y la difracción, que se explicaban solamente con la teoría ondulatoria, mientras que otros fenómenos, como el efecto fotoeléctrico, sólo se podían explicar suponiendo que la luz estaba compuesta de corpúsculos. ¿Qué es la luz, onda o partícula? 

En 1909, Einstein encontró que las fluctuaciones de la radiación son la suma de un término correspondiente a las fluctuaciones de ondas y de otro que corresponde a las fluctuaciones de partículas. Es decir, ¡la luz se comporta al mismo tiempo como si fuera onda y partícula! Existe una dualidad onda-corpúsculo.

El experimento del prisma de Newton se convirtió en el espectroscopio, aparato que utilizando el prisma descompone la luz emitida por cualquier sustancia al calentarse. Así se descubrió que la luz que emite cada sustancia no forma un continuo de colores, sino que solamente aparecen algunos. Esto no podía explicarlo la física clásica.

Este espectro caracteriza a la sustancia, es como su firma. Así, en el sodio destaca una franja amarilla. Esto nos permite saber, por ejemplo, de qué están hechas las estrellas.

 

En 1913, usando conceptos cuánticos, Bohr publica su trabajo sobre la estructura del átomo de hidrógeno. Se basó en que el momento angular del electrón solamente puede tener valores iguales a múltiplos de la constante de Planck. Einstein se refirió a este trabajo como uno de los más grandes descubrimientos.

Posteriormente, se desarrolló toda una teoría sobre la estructura atómica y los espectros correspondientes.

 

En 1924, Louis de Broglie y Einstein llegan a la idea de que no sólo la luz, sino toda materia, debe tener un comportamiento dual (partículas y ondas). [Louis de Broglie propone hacer un experimento que compruebe esta teoría a un colaborador de su hermano, pero este estaba demasiado ocupado experimentando con televisión.] Einstein trabaja sobre esta idea y llega a la misma conclusión.

 

En 1925 Heisenberg rechaza las nociones clásicas de posición y velocidad de un electrón, ya que no se habían medido directamente. Propone, en su lugar, trabajar con frecuencias e intensidades, que sí son medibles directamente. Con ayuda del cálculo matemático de matrices, desarrolla una teoría sobre mecánica cuántica llamada teoría matricial.

 

En 1926, Schrödinger desarrolla la teoría ondulatoria de la mecánica cuántica. Ese mismo año, se demuestra que las dos teorías de la mecánica cuántica, la ondulatoria y la matricial, son equivalentes.

En 1927 se demuestra experimentalmente que los electrones, considerados hasta entonces como partículas, también tienen un comportamiento ondulatorio.

Aunque la mecánica cuántica describe el átomo exclusivamente a través de interpretaciones matemáticas de los fenómenos observados, puede decirse a grandes rasgos que en la actualidad se considera que el átomo está formado por un núcleo rodeado por una serie de ondas estacionarias; estas ondas tienen máximos en puntos determinados, y cada onda estacionaria representa una órbita. El cuadrado de la amplitud de la onda en cada punto en un momento dado es una medida de la probabilidad de que un electrón se encuentre allí. Ya no puede decirse que un electrón esté en un punto determinado en un momento dado (principio de incertidumbre de Heisenberg).

La mecánica cuántica se ha revelado como la herramienta más poderosa para entender y predecir toda clase de fenómenos físicos y está en la base de los desarrollos tecnológicos de mayor éxito en la segunda mitad del siglo XX. Al ser aplicada a átomos y moléculas, la mecánica cuántica es la base y el futuro de la química moderna, pues permite dar un fundamento riguroso al enlace químico. Parece apropiado identificar el siglo XX como el siglo cuántico. La mecánica cuántica formulada por Heisenberg, Schrödinger y otros es la que actualmente se utiliza para la solución de un gran número de problemas físicos, químicos y hasta biológicos.