19世纪留下来的物理学的“两朵乌云”之一。
这时候还没有人想到要放弃“以太”概念本身
!
与之相关联，牛顿力学体系中，有一个重要的理论基石，即力学定律的相对性原理，它肯定牛顿力学定律在所有的惯性系中都是同样有效的，在不同惯性系之间，可以用
伽利略
变换进行转换。在
伽利略
变换中，速度可以迭加，不容许有特殊的速度。
麦克斯韦方程中出现了一个常量C，这就是电磁波的速度(光速
)。光速与惯性系的运动速度无关，从一个惯性系过渡到另一个惯性系时，光的速度不变，不能用
伽利略
变换进行速度叠加，也就是说，它与力学相对性原理冲突。
实验也没有发现光速相对于参照系的改变。面对这个物理事实，摆脱理论困难的出路有两条，一条是改造
麦克斯韦方程，使它满足
伽利略
变换，这意味着力学的相对性原理不能推广到电磁学领域，电磁学需要特殊的惯性系-绝对惯性系。
但寻找这个绝对惯性系(即“以太”)的种种努力都失败了，谁也不能找到这个神秘的“以太”。
另外一个出路是，保持
麦克斯韦方程的形式不变，放弃
伽利略
变换，放弃绝对惯性系。
爱因斯坦(Albert
Einstein，
1879-1955)
选择了这一条路。
这位伯尔尼专利局的职员，当时还是业余的物理学爱好者。
1905年春天，他在克拉姆巷49号三楼的一个小房间内，用几个月的业余时间，写了5篇物理学论文，其中有三篇同时刊登在1905年出版的《物理学年鉴》第17卷。
第一篇叫做《关于光的产生和转化的一个启发性的观点》，
爱因斯坦签署的日期为3月
17日，《物理学年鉴》编辑部于3月18
日在柏林收到手稿，这篇论文以光量子理论而闻名，后来瑞典皇家科学院以此名义授予作者诺贝尔物理学奖
;第二篇论文标题为《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》，
爱因斯坦于
5月完成，编辑部5月
11日收到手稿，这篇文章给出了测定原子大小的实际方法，
1908年被法国物理学家佩兰用实验验证，这个结果意味着原子论获得了最终的胜利。
第三篇论文《论动体的电动力学》具有划时代意义，
爱因斯坦写于1905年
6月。在这篇论文中，
爱因斯坦首先提出问题:“大家知道，
麦克斯韦电动力学──象现在通常为人们所理解的那样──应用到运动的物体上时，就要引起一些不对称。”比如设想一个导体与一个磁体之间之间的电动力的相互作用，如果磁体运动而导体静止，磁体附近会产生电场，导体内会产生电流，反过来，如果磁体不动而导体运动，导体内仍然能够产生电流，效果与前一种情况完全一样。按照通常的看法，究竟是这个在运动，还是那个在运动，是截然不同的两回事。
爱因斯坦却从这个现象中得出简洁的结论:问题的关键只在于导体和磁体两者之间的相对运动，跟“以太”这类绝对静止的参照系没有关系。
更进一步，
爱因斯坦还肯定必须放弃绝对静止概念，他认为这个概念不仅在力学中，而且在电动力学中也不符合现象的特性，“凡是对力学方程适用的一切坐标系，对于上述电动力学和光学的定律也一样适用。”他的结论是，
麦克斯韦方程本身是富有成效的，而以太完全是一种多余的人为概念。
爱因斯坦把这些观点提炼为两条基本公设，圆满地解决了电磁场理论面临的困难。
第一条公设(相对性公设
)说，物理学定律在所有惯性系中是相同的，不存在特殊的惯性系。
第二条公设(光速不变公设
)说，光在真空中的速度恒定，与发射体的运动状态无关。
这两个公设把力学相对性原理推广到光学和整个物理学，在更高的水平上实现了力学和电磁学理论的逻辑统一。肯定光速不变，就得放弃
伽利略
变换，代替它的，就是著名的
洛伦兹（
Hendrik Antoon Lorentz
，1853-1928）变换。
这两条公设构成了狭义相对论的核心。
爱因斯坦希望这篇论文会立即引起物理学界注意，可物理学界却让他慢慢等待，甚至到1907年，玻恩都不知道
爱因斯坦和他的工作。值得高兴的是，
普朗克很快写了一封信来，提了几个问题。此后，
普朗克就开始宣传相对论，并指导学生研究相对论。
1905年9
月，
爱因斯坦又完成了论文《物体的惯性同它所含的能量有关吗?》。在这篇论文中，
爱因斯坦通过平面光波的能量转换，导出了质量和能量的转换公式。他指出，“物体的质量是它所含的能量的量度
;如果有一物体以辐射方式放出能量L，那么它的质量就要减少L/V2，V是光速。这就是质能公式:E=mc2的由来。他还指出了验证这个关系式的途径，“用那些所含能量是高度可变的物体
(比如用镭盐)来验证这个理论，不是不可能成功的。”
在此之前，人们已经发现了原子内部蕴藏着巨大的能量，
http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/Mathematicians/Einstein.html
爱因斯坦对此给出了理论解答。这篇论文奠定了原子能时代的理论基础。
8.9
广义相对论
在匀速直线运动中，力学过程以同一方式进行，与参照系无关。而在加速运动的系统中，力学过程跟加速度的大小有关，加速度在这些系统中产生了惯性力。一切物体都有惯性，惯性对作用于它的力场表现出阻力，其大小用惯性质量来量度，在牛顿力学中，用公式
F=ma表达这种关系，m是惯性质量。
牛顿还给出了万有引力公式:F=G.M.m/r2，其中也包含质量m(或者
M)，这是引力质量。惯性质量与引力质量有什么关系呢?人们发现物体对引力场的感应性永远正比于物体的惯性质量，或者说惯性质量与引力质量相等，这似乎是一种巧合，没有人能够给出理论解释。这种未加解释的巧合，后来成了
爱因斯坦研究的对象。
1907年，
爱因斯坦在《相对性原理及其结论》的论文中，提出更深刻的问题:“迄今为止，我们只把相对性原理，即认为自然规律同参照系的状态无关这一假设应用于非加速参照系。是否可以设想，相对性运动原理对于相互作加速运动的参照系也仍然成立
?”
爱因斯坦自问自答，把相对性原理从惯性系问题推广到非惯性系， 推广到更加普遍的运动形式中。
1912年，
爱因斯坦回到母校苏黎世大学，在同班同学、数学教授
格罗斯曼(Marcel
Grossmann,1878-1936)的帮助下，寻求表现自己思想的数学工具。1913他们共同署名发表了《广义相对论纲要和引力论》。在这篇论文中，他们给出加速度和引力的动力学效应一个等价性原理
:一个含有加速度a的非惯性系，等效于含有均匀引力场的惯性系。“在一个封闭箱中的观察者，不管用什么方法也不能确定，究竟箱是静止在一个引力场中呢，还是处在没有引力场但却作加速运动
(由加于箱子的力所引起)的空间中。”
1915年他发表《广义相对论的基础》，完成了广义相对论。在这篇文章中，他阐述说，狭义相对论同古典力学的分歧，不是由于相对性原理，而只是由于真空中光速不变的公设。由这公设，结合狭义相对性原理，得出了同时性的相对性，
洛伦兹变换，以及同它们有关的关于运动的刚体和时钟性状的定律。
爱因斯坦指出古典力学和狭义相对论的缺陷，它们所表现的物理定律与时间、空间无关，却与参照系有关。他提出了一个更广泛的基本命题
:物理学定律必须具有这样的性质，它们对于无论哪种方式运动着的定律参照系都是成立的。由此达成了对相对性公设的扩充。
狭义相对论放弃了相互分离的绝对空间与绝对时间，构建了统一在一起的四维时空，广义相对论更把引力和时空联接在一起，把不同物体的引力场看作是这些物体周围区域的时空弯曲。广义相对论认为，不仅运动的动力学效应，
而且光学现象都受时空弯曲的影响。
1917年初，英国天文和物理学家
爱丁顿（
Sir Arthur Stanley
Eddington，
1882-1944
）提出了用实验观察来检验广义相对论的想法：如果光线真如广义相对论所预言的那样，会在巨大质量的天体附近发生弯曲，那么它从地球旁边穿过时，一秒钟将偏倾
10米(偏向地球
)，而在太阳附近的偏倾比这还要大27倍。如果恒星的光在抵达地球之前，路过太阳附近，就应该出现位移，这个位移有可能观察到。不过在一般情况下，这种观测很困难，因为太阳亮度太大，它旁边的星星根本无法观测，也无法拍摄下来进行比较研究。唯一的例外是日蚀的时候，这时候有可能进行所需要的观测研究。
1919年5月
29日就有这样一个良好的机会。为此，英国科学家在格林威治组织了两只考察队，一对奔赴几内亚湾的普林西比岛（由
爱丁顿负责），另一队去巴西的索布拉尔农村。日蚀那天，普林西比岛天气不好，下起雨来，但在日全蚀结束之前得到了两张有效的照片，可以肯定光线的确发生了弯曲。几个月后，巴西队的照片分析报告也出来了，证实星星的位移符合
爱因斯坦理论的预言。9月中旬，
洛伦兹电告
爱因斯坦，广义相对论的预言获得证实。英国皇家学会主席
汤姆森
(Sir Joseph John Thomson
，1856-1940)评价说，“这次发现的不是一个遥远的孤岛，而是新的科学思想的整个大陆。这是牛顿时代以来最伟大的发现。”
物理学家怎样处理基本的、初始的规律性问题，不仅是科学史的问题，而且是人类文明史的大问题。它关系到对世界的全面解释，构成整个哲学的基础并由此影响人类的行为方式。正如
爱因斯坦所说过的那样:“理性用它的那个永远完成不了的任务来衡量，当然是微弱的;它比起人类的愚蠢和激情来，的确是微弱的，我们必须承认，这种愚蠢和激情不论在大小事情上都几乎完全控制着我们的命运。然而，理智的产品要比喧嚷纷扰的世代经久，它能经历好多世纪而继续发出光和热。”
爱因斯坦毕生追求解开自然之谜，在这个无限的事业中获得心灵的解放，获得内心的自由与信心。他自述
:“像我这样的人，一生中主要的东西，在于他想什么和怎样想的，而不在于他做什么或者经受什么。”他还以特有的幽默口吻说
:“为什么恰好是我创立了相对论呢?当我给自己提出这样一个问题的时候，我以为原因是:一个正常的成年人完全不考虑什么时间和空间的问题。照他看来这个问题他在小时候就想清楚了。我呢，智力发育如此缓慢，以致于当我已经长大的时候，空间和时间还盘踞在我的头脑中。自然，我就能比儿童时期发育正常的人对问题钻研得更深入一些。”
广义相对论的诞生本身就是对传统认识论的挑战。狭义相对论起源于对电磁运动的思考、对“以太”概念的思考和对“绝对同时性”的思考，可以认为它与许多实验有关，譬如电场和磁场方面的实验，寻找“以太”的实验等等。而广义相对论却找不到任何实验基础，甚至真正的理论需求也不明显。用
爱因斯坦自己的话来说，“要是我没有发现狭义相对论，也会有别人发现的，问题已经成熟。但是我认为，广义相对论的情况不是这样。”事实上，广义相对论是在一切惯性系对物理定律等效这个理论
(狭义相对论)的基础上，进一步思考加速度、质量、引力等等基本概念而获得的革命性思想。这已经远远超越了需求推动的水平，成为人类认知可以优先独立发展的一个证明：人类的知识进步与精神发展总是走在物质进步与社会发展的前面。
20世纪的科学天空群星灿烂，但讲到对人类的巨大贡献，对历史的深远影响，却首推科学泰斗
爱因斯坦。用
普朗克的说法，
爱因斯坦应该被看作是20世纪的
哥白尼。
8.10
量子理论
与相对论并列的另一条研究路线是在微观世界展开的。
19世纪末，物理学界洋溢一片大功告成马放南山的气氛，
牛顿被誉为“宇宙的唯一解释者”。
普朗克的老师约克劝告学生，物理学基本上是一门已完成的科学，只剩下一些无足轻重的小问题，研究物理学不会有多大成果了，何必在这里面浪费生命
?威廉.汤姆逊声言科学终于抵达港口，根本问题都已经解决;迈克尔逊（
Albert Mechelson
）宣布则未来的科学要到小数点以后第
6位数去寻找。人们觉得已经越来越接近终极真理，没有想到认知还会出现飞跃。牛顿体系的光环、终极真理的诱惑和无限逼近真理的认识论原理欺骗了大家。
然而这时微观世界的物理学革命已经开始发动了。这场革命的第一个源头可以追溯到
1869年门捷列夫发现的元素周期律，它引起了人们关于原子内部结构的疑问
;第二个源头来自19世纪关于电的研究。伦敦皇家化学学院的
威廉
.克鲁克斯(Sir
William Crookes，1832-1919)正好位于这两个研究方向的交叉点上。
1861年，克鲁克斯用分光法发明了元素铊(TI)，于是他进一步研究各种各样的发光现象。1876年，他看见通电的合吐路夫管(一种真空管
)有放电产生的光线，动了念头想把它拍下来，可是显影后发现整张干版上什么也没照上，一片模糊。
克鲁克斯
想到是干版旧了，又拿来三张新干版，连续照了三次，依然如此。
克鲁克斯
简陋的屋子（他的研究所）本来就被称为“鬼屋”，真是闹鬼了，他认为是胶片有毛病，退给了厂家。
克鲁克斯
的机会跑掉了，物理科学的进程被延迟了近二十年。
1895年10
月，德国维兹堡
(Wurzburg)大学物理研究所所长
伦琴
(Wilhelm Conrad R?ntgen
,1845-1923)教授用
克鲁克斯
管研究真空管放电现象时，也发现一个封存完好的照相干板全部被曝光了。
伦琴
抓住命运在黑暗中的这个闪光，决定查个水落石出。
1895年11
月8日，他用黑纸把克鲁克斯管严密地包起来，只留下一条窄缝。这次他发现电流通过克鲁克斯管时，两米开外一张涂了氰亚钯酸钡的纸发出明亮的荧光。
伦琴
证明了这种效应是一种看不见的射线引起的，这种射线能穿过纸和
2-3厘米的木头，能够穿过薄铝片，但不能穿过较厚的金属和其它致密物质。如果把手放在放电管与荧光屏之间，可以看到手上的骨骼。
1895年12月
28日，
伦琴
向德国维尔茨堡物理学医学学会递交了一篇论文
:《一种新的射线──初步报告》，讲述了自己的新发现，并且这个性质不明的射线叫做“
X”射线。1896年元旦，维也纳的报纸用头版刊登了这个特大消息。过了两天，德国人知道了“
X”射线。1月
6号，海底电缆就向全世界通报了
伦琴
的发现。医学界立即明白了X射线的用途，把它称为医疗诊断史上一个最伟大的里程碑。X射线不负众望，帮助医生诊断骨折，检查体内异物，尤其是在击败肺结核的过程中功勋卓著。
在物理学领域，
伦琴
射线同样是一个伟大的里程碑。整个物理学界轰动了。人们以高涨的热情积极探询来自原子内部的信息，这种探询最后导致一个新科学体系诞生。
X射线透射出科学新世纪的第一缕曙光。绝妙之处在于，新世纪开始的时候
(1901年)，瑞典皇家科学院也把第一枚诺贝尔物理学奖恰如其份地授予
伦琴
。这似乎在暗示20世纪科学和人类社会的进程就从这里起步。
法国巴黎综合技术学校的物理学教授
亨利
.贝克勒尔(Henry
Becquerel，
1852-1908)1896
年在重复并研究
伦琴
射线实验时，偶然发现不通过克鲁克斯管，硫酸钾铀酰盐也能放射出穿透性的辐射，使照相底片感光。
贝克勒尔
使用各种铀盐反复实验，肯定了铀盐本身能够自发地放出一种射线，与
X射线无关。于是
贝克勒尔
开辟了放射性元素这个巨大的研究领域。
伦琴
射线强烈地吸引了巴黎大学的波兰女物理学家
玛丽
.斯克洛芙斯卡(Marie
Sklodowska，
1867-1934)
。玛丽的丈夫、巴黎化学学院物理学教授皮埃尔
.居里(Pierre
Curie，
1859-1906)
专门设计了一个简易而灵敏的射线检验器，居里夫妇开始系统检验已知的化学元素。他们查明钍也有放射性，还发现了两种新元素钚和镭，前者的放射性比铀强
400倍，后者比铀强2万倍。居里夫妇在破旧的仓库里熬了45个月，从
8吨沥青铀矿渣中，提炼出0.12克纯氯化镭。
贝克勒尔
与居里夫妇同获1903年诺贝尔物理学奖。
1897年夏天，剑桥
卡文迪什
实验室的
汤姆森
(Sir Joseph John thomson
， 1856-1940)教授与新西兰出生的年轻助手卢瑟福(E.Rutherford，1871-1937)采用各种阴极射线管重复
伦琴
的实验。当他们用上奥地利物理学家布劳恩发明的尾端内壁涂了荧光材料的阴极射线管时，发现外加垂直磁场可以使阴极射线束偏移。
汤姆森
得出结论说，阴极射线是带负电的粒子，他把这些粒子称为电子。
汤姆森
实验同时开辟了电子学和原子科学两大领域，他获得
1906年诺贝尔物理学奖。
电子和元素放射性的发现，说明原子具有可以演变的内部结构。
1909年，英国曼彻斯特大学的新西兰学生欧内斯特.马斯敦偶然发现用α粒子穿过物质时，有时会发生偏转。他把这件事告诉了物理学教授卢瑟福。卢瑟福大为惊讶，觉得“就像用一发
15吋的炮弹射击一张卫生纸，炮弹却反弹回来并击中炮手”一样不可思议，于是他立即组织实验，跟踪研究。卢瑟福身边聚集了盖革
(H.Geiger)
、莫斯莱(Henry Gwyn Jeffreys Moseley，1887-1915)、
玻尔
(Niels Bohr
，1885-1962)、查德威克
(J.Chadwick
，1891-1974)等一批青年俊杰，他就带领这帮未来的科学之星进攻原子。他们用镭作α射线的放射源，轰击作为靶子的金箔，靶子背后是荧光屏，屏上可以观察到射线出现的变化。经过若干天耐心的守候和计算，终于发现大约每
8000个α粒子中有一个发生大于90角的方向偏离(散射
)，甚至干脆被弹回来。
为了解释这个实验，1911年，卢瑟福提出原子的太阳系模型，认为原子半径量级为10-8厘米，原子中间是极小的原子核，其半径量级为10-12
厘米，原子核集中了原子的绝大部分质量，带正电，核周围是绕核运转的电子，带负电，核上带的正电与核外全部电子带的负电相等。α射线是带正电的氦离子流，绝大部分不受影响地穿过了原子核周围的空间，极少数α粒子靠近了原子核，被弹开而改变了方向。
卢瑟福模型是一次典型的用牛顿力学模型解释原子结构的试探。它存在一个不可回避的严重缺陷
:根据
麦克斯韦的电动力学理论，绕核运转的电子会幅射电磁波，逐渐消耗电子的动能，于是绕核运行的速度会越来越慢，最后将落在原子核上。卢瑟福模型的理论推论与实际上原子的高度稳定性相矛盾。
卢瑟福模型也与当时已知的巴尔末-里德伯光谱公式不相吻合。根据这个公式，原子向外辐射的电磁波是分离光谱，不能连续变化
;而卢瑟福模型中，电子绕核运转的轨道是连续变化的，原子辐射光谱也应该连续变化。
卢瑟福模型对原子稳定性和频谱不连续性这两个问题提不出解决办法。直到两年后
玻尔应用
普朗克的量子概念重建原子模型，才开始走出另外一条路来。
微观世界中另一条研究的线索指向物理学天空还剩下的“一朵乌云”
:黑体幅射问题。为了解决
瑞利(John
William Strutt，
the Third Lord Rayleigh
， 1842-1919)辐射公式中的“紫外灾变”和
维恩(Wilhelm
Carl Werner Otto Fritz Franz Wien，1864-1928)幅射公式的“红外灾变”这两个互相对立的理论困难，德国物理学家
http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/Mathematicians/Planck.html
普朗克(Max Karl
Ernst Ludwig Planck，1858-1947)提出了一个新的黑体辐射公式。
普朗克生于一个律师和新教家庭。在柏林读大学的时候，听过
基尔霍夫和
赫尔姆霍茨的课，并选择一个关于热力学和可逆性的题目作为学位论文。
维恩在
1893年已经提出了关于黑体辐射的经验公式，但不能给出理论解释。
普朗克不满意这种状况，从
维恩公式发表起就希望“给它一个真正的物理解释”。1900年10
月19日，
普朗克在柏林物理学会报告了自己推导的辐射公式，它对长波短波高温低温都很吻合。
普朗克公式中首次出现了一个新的普适常数h(现在称为
普朗克常数
)，引入了最小的不能再分割的能量单元概念:物质只能一份一份地吸收和辐射能量。他用了一个拉丁语词汇表示这个概念:quantum，即后来众所周知的“量子”。
普朗克公式有效地解释了黑体辐射实验，但是能量单元引出了更广泛更深刻的理论困难:它破坏了人们长期坚持的能量连续性观念。新观念匪夷所思，与会者闻之大惊失色，没人敢相信这个理论。
1900年12
月14日，
普朗克应邀向德国物理学会报告了分立能级的新思想和由此得到的幅射定律。
普朗克在会上正式宣布，经过六年的艰苦摸索，终于明白，用经典物理学的方法不可能解决黑体辐射问题。这一天被看作是量子力学诞生的日子。
旧世纪残存的乌云之中炸响了新世纪诞生的惊雷。从
哥白尼开始的第一次科学革命，经过
牛顿的巨手建成第一个完整的科学体系，
牛顿体系充分展开和发展了一百多年，到这时候被
普朗克画上了句号(1905年，
爱因斯坦在另一片乌云中掀起风暴，完成了狭义相对论)。
普朗克摇撼了一个伟大的科学体系，动摇了人人信奉的整个科学观念，引起了强烈的精神震动，
洛伦兹 (Hendrik
Anton Lorentz，
1853-1928)
甚至遗憾自己没有在旧的基础崩溃之前死去。即使量子力学的奠基者
普朗克本人，面对这样根本性的变革也犹豫再三，不敢肯定要彻底放弃牛顿体系。尽管从一开始，
普朗克就意识到这个新概念可以和
牛顿的发现相比拟，但他还是用了数年时间，花费了极大的精力，希望消除牛顿力学与量子物理学之间的鸿沟，至少也争取在两个体系之间搭个桥。在
1911年举行的索尔维会议上，他甚至从1900年的立场上有所倒退。然而，
普朗克挽救传统体系的努力最终失败了。他晚年谈到这件事情时说，“现在我的确知道，作用量子的基本意义比我原来所想象的要大得多。”这使人联想到
哥白尼并不希望背叛上帝，只是要给上帝安排一个更适当的居所，结果弄得上帝无家可归的一段史事。
新世纪的序幕刚拉开，主角就已经登台亮相，
普朗克的量子理论来得正是时候。“量子”主演了一百年的历史剧，使
20世纪成为一个新科学的世纪。
量子概念首先被一个业余物理学爱好者
爱因斯坦接受。
1902年，德国波恩(Bonn)大学物理学家勒纳德(Philipp
Lenard，
1862-1947)
宣布了光电效应的两个惊人规律
:电子的能量从光频率的一个下限值出发，随着入射光频率的增加而增加，与光的强度无关;光的强度只决定单位时间内释放出来的电子的数目。
更早一点，光电效应可以追溯到赫芝的发现。1887年，赫芝用紫外线照射两个邻近的锌质小球中的一个时，发现在两个小球之间容易产生电火花。莫斯科大学教授斯托列托夫发现真空中放两个金属板，当其中的一个被光照射时，有电流穿过两块金属板之间的空白空间，而不需要在其间连接导线。斯托列托夫还发现，要产生光电效应，入射光频率有一个下限值，以及电流与入射光强度的正比关系。
1898年发现电子以后，勒纳德探明了入射光与逸出电子的关系。
爱因斯坦1905年发表《关于光的产生和转化的一个启发性的观点》，用光量子概念解释了光电效应。
爱因斯坦把光看成是光量子流，赋予每个光量子以能量，并且假设每个电子都被量子打出，入射光能量等于打出的光电子的能量加上释放电子所需要的能量。理论与实验符合良好。
爱因斯坦首先挺身而出，支持
普朗克的能量分离概念。他明确指出:“我的所有的使物理学的理论基础适应新概念的企图完全失败了。就好象大地已被从一个根本没有坚固基础的建筑物下移开了一样。”而且
爱因斯坦走得更远，他干脆肯定有单独的能量子存在，指出光就是由不连续的能量子即光量子组成(后来这些光量子被称为光子)。
普朗克长达
5年的“钢琴独奏”，终于有了知音，得到
爱因斯坦这位“第一小提琴”协奏(后来他们的确也乐于在一起演奏音乐)。
普朗克非常感激
爱因斯坦在最困难的时候，对幼弱的量子理论给予的极为关键的支持。此后，在德国接受量子概念的物理学家开始增加。
1910年春天，比利时工业化学家恩斯特.索尔维
(Ernest Solvay
，1838-1922，他因发明氨-碱法生产碳酸钠而成为富翁)在布鲁塞尔见到物理学家能斯特(
Hermann Walther Nernst，1864-1941，他后来因提出热力学第三定律而获得1920年诺贝尔化学奖)，了解到在物理学基本原理方面正在发生的革命性变化，一口答应资助召开一次国际性物理学会议。第一次索尔维会议于
1911年11月
30日在比利时首都布鲁塞尔举行。这次会议使量子概念走出德国，首先被欧洲，接着被全世界的物理学家接受。
1918年，
普朗克获得诺贝尔物理学奖，
爱因斯坦获得1921年诺贝尔物理学奖。
1911年12
月，
尼尔斯·玻尔（Niels Henrik
David Bohr，
1885-1962
）在曼彻斯特遇到刚从索尔维会议归来的卢瑟福。
玻尔兴致勃勃地听取了会议介绍，受到极大的启发。1913年，
玻尔采用量子概念改造了卢瑟福原子模型，以图克服它的理论困难。
玻尔保留了行星模型，但另外附加了两个假定。1.肯定原子是稳定的。原子中具有不会产生幅射的稳定的电子轨道，电子在这个轨道上运行时原子不辐射能量。
2.不同轨道上的电子具有不同的总能量，当电子从外层轨道(高能级
)跃迁到内层轨道(低能级
)时，两层轨道的能量差就会以光子的形式释放出来，不同的能量差对应着不同的光线频率，电子轨道是不连续的，因此原子辐射能量也不连续，这就是我们观察到分裂的原子光谱的由来。在相反的过程中，原子将吸收能量，电子由低能级轨道跃迁到高能级轨道，这时候可以观察到原子的吸收谱线。
玻尔由此解释了氢原子光谱的巴尔麦公式，还推导出氢原子半径。
1922年，
玻尔获诺贝尔物理学奖。
玻尔模型把量子概念用到原子结构中来，是一个重大的理论进步。然而他附加基本假定的作法显得相当武断，没有解释电子以这种不连续方式运动的原因，在实验中，
玻尔模型也仅仅对氢原子谱线符合得比较好。
1923年，法国青年物理学家
路易斯.
德布罗意（Louis Victor Pierre Raymond duc de Broglie，1892-1987)提了一个更广泛和更大胆(物理学家们称为“更疯狂”)的理论。
德布罗意是一个法国贵族，有亲王头衔，他哥哥莫里斯.德布罗意
(Maurice de Broglie
，1875-1960)参加过索尔维会议，并担任大会的科学秘书。
路易斯.
德布罗意的专业本来是中世纪历史，可是当他读了莫里斯带回来的索尔维会议的记录材料时，对物理科学产生了极大的热情，决定“要把自己的全部青春和精力投入到理解神秘的量子的真实本性中去”，于是他转而研究理论物理学。路易斯希望能参加
1921年举行的第三届索尔维会议，可是被拒绝了。他深受刺激，发誓要用自己的发现成为索尔维会议的正式成员。果然，到
1927年的第五届索尔维会议，他如愿以偿。
1923年，
德布罗意接连发表三篇文章，把
爱因斯坦在解释光电效应中提出的光的波粒二象性，推广到电子和其它实物粒子，提出了“物质波”概念。物质波不同于机械波，因为它的传播不需要介质，也不同于电磁波，因为它可以由不带电的物体运动产生。
德布罗意给出了物质波的波长公式，还算出中等速度的电子的波长相当于X射线的波长，在
德布罗意理论中，原子结构中的电子行为就可以用电子波动的性质来解释了。
德布罗意回答了
玻尔理论所无法解决的种种问题，并且对物质性质提出了更有力的新解释，它的重要意义延伸到有关物质认识的每一个领域。
1924年，
德布罗意把他的思想写成博士论文，索本学院却没有能力作出评价。他的指导老师朗之万(Paul Langevin，1872-1946)也吃不准，但觉得这篇论文才华横溢，就含含糊糊地批上“我们赞扬他以非凡的能力坚持作出的为克服困扰物理学家的难题所必须作的努力”，同意授予他博士学位。
物理学界的大人物
洛伦兹教授对
德布罗意的评价是：年轻人异想天开，不知天高地厚。朗之万闹不清这个学生到底是天才还是疯子，就将
德布罗意的论文寄给好朋友
爱因斯坦，请他评判。
爱因斯坦高度赞赏
