La comprensione della meccanica quantistica sembra, a prima vista, una questione piuttosto complessa. Anche ad un secondo sguardo, tuttavia, le cose non sembrano migliorare di molto. Di certo si può dire che la meccanica quantistica riguarda il comportamento della materia a livello atomico e subatomico. Possiamo dire, in via preliminare, che con la teoria dei quanti l'atomo perde molto della sua certezza deterministica a favore di una maggiore incertezza statistica.

Plank e la sua costante. Tutto cominciò con la scoperta di uno studente di fisica di nome Max Plank, il quale scoprì nel 1900 che le radiazioni emesse da un corpo caldo non sono emesse in modo continuo ma in pacchetti, ovvero in quanti ( è bene sapere che scaldare la materia equivale ad agitarne gli atomi e provocare il desiderio di fuggire in alcune particelle; in altri termini, l'agitazione degli atomi e delle molecole può produrre la rottura dei legami che tengono unite le singole particelle).

Questa scoperta aprì un mondo del tutto nuovo nell'ambito della fisica. Fino a Plank si credeva che le radiazioni fossero un fenomeno costante e frazionabile a piacere, come una normale grandezza numerica, dopo Plank si dovette tener conto che l'energia (la radiazione) non viene emessa costantemente ma quantizzata in pacchetti.
In sostanza l'energia non è solamente un onda che si propaga in modo continuo e in tutte le direzioni (emanazione continua), l'energia viene emanata a proiettili, ovvero in quanti predefiniti dello stesso valore (emanazione discreta). Per usare un altro esempio, il quanto assomiglia al vagone di un treno, dove il treno rappresenta la quantità di energia complessiva e ciascun vagone il quanto costante in cui è suddivisa e sotto la cui grandezza non può essere ulteriormente considerabile.

La costante di Plank esprime il valore fisso e non frazionabile in cui l'energia di una radiazione è divisa. L'onda della radiazione si esprime in frequenza, maggiore è la frequenza (più corta è la lunghezza dell'onda) maggiore è l'energia racchiusa in un quanto.
L'energia, in sostanza, cambia in quantità, ma per essere emessa viene racchiusa sempre nel medesimo quanto, della stessa dimensione (relativamente all'esempio precedente, non importa quante persone vi siano in un vagone, il vagone resterà sempre della stessa lunghezza).

Molti furono gli ostacoli ad una effettiva comprensione della scoperta di Plank (ed Einstein dette una mano a Plank nel chiarirne alcune conseguenze), la teoria si impose molto lentamente nell'ambito scientifico e molto lentamente diede i suoi primi frutti nelle applicazioni successive.

Il dualismo onda-particella. Una prima conseguenza derivante dalla formulazione della teoria dei quanti fu la scoperta che la luce, oltre a comportarsi come onda, e quindi essere soggetta a fenomeni di rifrazione (le onde di luce si intrecciano e si sovrappongono come onde nel mare), si comporta anche come particella (la particella di luce viene chiamata fotone).

Questa scoperta non mancò di suscitare perplessità e resistenze. Malgrado la sua evidenza, provata da innumerevoli esperimenti, vi sono ancora oggi fisici che avanzano dubbi su questo dualismo, scetticismo forse dettato dal fatto che tale dualismo sembra contraddire in primo luogo un principio saldissimo nelle menti dei pensatori: il principio di non contraddizione.

Il punto è che onde e particelle, nel senso comune, sembrerebbero due entità contrapposte: le prime si irradiano a piacere e non sembrano avere problemi di frazionabilità, in quanto fenomeno costante e uniforme; le seconde sono per eccelenza entità quantizzate e discrete, nel senso che l'energia è costretta solamente in certi intervalli (non è possibile dividere un quanto in due, l'energia emessa in modo particellare ha come valore minimo sempre e comunque quella di un quanto).

Il problema del dualismo sembra in realtà non sussitere, il dualismo apparente è un problema di interpretazione: la luce, in sostanza, a seconda del tipo di esperimento, soddisfa sia la dimostrazione ondulatoria (dell'onda) sia quella particellare (della particella): quando i fisici domandano alla luce se essa sia un'onda, la luce risponde di si, quando le chiedono se essa sia una particella, anche questa volta la luce risponde di si. Una soluzione definitiva la potrebbe fornire un esperimento che interroghi la luce su untrambe le questioni contemporaneamente, il problema è che a tutt'oggi sembrano sussitere limiti fisici invalicabili che impediscono lo svolgimento di tale esperimento.

Heisenberg e il principio di indeterminazione. Un'altra spallata alle certezze di una fisica deterministica (ovvero sicura di poter predire sempre, a partire da stati presenti certi, qualsiasi stato futuro) la diede nel 1926 il fisico tedesco Werner Heisenberg.
Egli introdusse in fisica l'indeterminazione delle grandezze. Il principio di indeterminazione, infatti, sosteneva che non è possibile sapere contemporaneamente e con certezza la posizione e la velocità di una particella. In sostanza, più sapremo con precisione la posizione di una particella, meno sapremo informazioni sulla sua velocità, e viceversa.

Questo apparente paradosso è la conseguenza di comportamenti naturali ineliminabili. Per provare la posizione o la velocità di una particella, infatti, occorre spararle contro un fascio di luce. Ma la luce, come abbiamo visto, non è neutra, bensì è composta da fotoni, ciascuno con una carica di energia tanto più alta quanto è più alta la frequenza dell'onda di luce. A questo punto, il fotone che colpirà la particella non potrà che perturbare la traiettoria e lo stato della particella colpita: l'energia del fotone interferirà con lo stato della particella e la cambierà nella traiettoria e nella velocità.
Ecco perché, indipendentemente dal procedimento usato per l'esperimento, i limiti naturali propri delle onde luminose, non permetteranno mai di spiegare a fondo il reale stato della materia. Lo strumento più piccolo a disposizione dell'uomo è pur sempre una particella dotata di energia, a lovelli quantistici e subatomici questa piccola quantità di energia non può che costituire un elemento di perturbazione che impedisce di trattare le particelle oggetto di studio del tutto neutralmente.

Conseguentemente a questo discorso, la meccanica quantistica non potrà più avvalersi delle leggi della fisica classica: Heisenberg, Schrodinger e Dirac fonderanno quindi la nuova fisica, non più basata sulla certezza deterministica, per cui conoscendo esattamente lo stato di una particella si può prevedere meccanicamente e precisamente ogni sviluppo futuro, ma su nuove equazioni quantistiche, in cui lo stato della materia, lungi dal rappresentare una certezza determinata, non può che essere un'ipotesi probabilistica.

Ogni particella, in meccanica quantistica, non ha posizione e velocità determinate ma vive uno stato quantico, è come dire che ogni qualvolta si troveranno di fronte una particella, i fisici dovranno trascinare nei calcoli ogni possibile traiettoria della particella, e in questo, la particella verrà a trovarsi spesso nella posizione di vera e propria onda.
Bisogna infatti aggiungere che è possibile limitare lo stato quantico entro degli intervalli, primo fra i quali è il prodotto dell'incertezza della posizione della particella per quello dell'incertezza della sua velocità, il quale non potrà mai essere inferiore alla constate di Plank.