19. yüzyılın sonunda bilim adamları evrenin yapısını açıklamaya çok yaklaştıklarını düşünüyorlardı. Maddeyi, atım denen minicik, bölünmez parçacıkların devinimiyle açıklıyorlardı. Ancak, yeni buluşlar kendilerine duydukları güveni sarstı. Atomların çok küçük parçacıklardan oluştuğu ve bu parçacıkların davranış biçimlerinin Newton'un kuvvet ve devinim yasalarıyla açıklanamayacağı anlaşıldı.

 Kuantum fiziğinin doğuşu

Max Planck, bugün Almanya sınırları içinde bulunan Kiel'de doğdu. Munih Üniversitesi'nde fizik okudu , sonra aynı yerde profesör oldu. 1900'de, "kuantumlanan enerji" düşüncesini sunduğu bir makale yayınladı. Einstein, Planck'ın çalışmasına dayanarak, elektromanyetik ışınımın dalgalardan oluşmadığını, aslında kesintili olduğunu ve minik enerji parçacıklarından ya da "kuantum"larından meydana geldiğini ileri sürdü. O zaman, Planck'ın düşünceleri, devrim yaratacak düşünceler olarak görülmemiştir, ama kuantum mekaniğinin, yani atomsal parçacıklardan davranış biçimleriyle ilgili bir dizi yasanın geliştirilmesini de sağlamıştır. Kuantum mekaniği, Newton yasalarından farklı olarak, maddenin ya dalga ya da parçacık gibi davranabildiği düşüncesine dayanır.

Memurluktan profesörlüğe

Albert Einstein, 20. yüzyılın en ünlü bilim adamlarından biridir. Çalışmaları son derece soyut ve kuramsal olan Einstein, en çok görelilik kuramlarıyla ve enerjinin kuantumlanması düşüncesini yerleştirmesiyle tanınır. Bunların ikisi de atomun ve atomsal parçacıkların devinme ve birbirleriyle etkileşme biçimlerinin betimlenebilmesi açısından önemlidir.

Einstein, Almanya'da Ulm'da dünyaya geldi. Daha sonra ailesi İsviçre'ye taşındı. O da Zürich Politeknik'te fizik okudu. Akademik bir başarı gösteremeyince, Berne'de memur oldu.

Einstein, 1905'te boş zamanlarında, bilimin en temel düşüncelerini gözden geçiren 3 makale yazdı. Kuramları öyle devrimciydi ki hemen kabul görmedi, ama yeteneği kısa zamanda fark edildi. 1909'da Zürich Üniversitesi'nde profesör oldu, daha sonra da 1914'te Berlin Üniversitesi'ne geçti.

Görelilik kuramları

Görelilik konusundaki ilk makale (bugün Özel Görelilik kuramu olarak biliniyor), Newton'un zaman ve devinimle ilgili sabit ölçüm görüşünü alt üst etti. Einstein, bütün hareketin göreli olduğunu, bütün ölçebildiğimizin, bir başka şeye göre ne kadar hızlı hareket ettiğimizi gösterdi. Hareket eden nesnelerin kütlesi ile enerji arasında, onun  E =mc2 denklemiyle dile getirdiği bir ilişki vardır. Bu denklem, bir madde parçacığının sakladığı enerjinin (E), o madde parçacığının kütlesinin (m) ışık hızının karesiyle (c2) çarpımına denk olduğunu söyler. Bu formül, bütün nükleer enerji elde etme yöntemlerinin temelidir.

Einstein, 1915'te görelilik konusunda ikinci bir makale yayınladı(Genel Görelilik Kuramı). Bunda bir nesnenin hızlanıp yavaşlarken neler olduğunu ele aldı. Yazısında, ışığın bir kütlesi olduğu, bunun için de yerçekiminden etkilendiği düşüncesini ortaya attı. Bu kuram, 1919'da ki güneş tutulması sırasında iki yıldızdan gelen ışığın fotoğrafı çekildiğinde ışığın yerçekim ile büküldüğünü fark edilince doğrulanmış oldu. Einstein'ın buluşları heyecan yarattı, ona uluslarası bir ün sağladı.

Atomun kalbi

Ernest Rutherford, atom çekirdeği konusunda yaptığı parlak deneysel ve kuramsal çalışmaları ve laboratuvar alanındaki becerileri nedeniyle önemlidir. Yeni Zelendalı bir çiftçinin oğlu olan Rutherford, Chistchurch Yüksekokulu'nda okudu ve orada Hertz'in radyo dalgalarıyla ilgili çalışmalarına dayanan araştırmalar yaptı. İngiltere'de Cambridge Üniversitesi'nin bir bursunu kazandı ve Cavendish Laboratuvarı'nda son zamanlarda bulunmuş olan X-ışınları ve uranyum ışınımı konularında çalıştı.

Rutherford, Montrealal McGill Üniversitesi'nde profesörlüğe atandı, ama daha sonra tekrar Brintanya'ya dönüp Manchester fizik laboratuvarı'nın müdürü olarak çalışmaya başladı. O ve ekibi, radyoaktif maddelerin yaydığı alfa parçacıklarını kullanarak, atomun yapısı hakkında önemli deneyler gerçekleştirdiler.

Rutherford, yaptığı deneylerden yola çıkarak atomun ayrıntılı bir resmini çıkardı. Atomun içinde yer alan çoğu maddenin ortadaki minik çekirdekte toplandığını, daha hafif olan ve elektron denen parçacıkların ise, Güneş'in çevresindeki gezegenler gibi, çekirdeğin etrafında döndüklerini düşündü. Ruherford'a, 1908'de Nobel Kimya Ödülü verildi;1919'da da atomun yapısıyla ilgili daha başka araştırmalara esin vereceği Cavendish Laboratuvarı'na müdür atandı.

Yeni atom modeli

Bir Fizyoloji profesörünün oğlu olan Niels Bohr Danimarka'da, Kopenhag'ta büyüdü. Kopenhag Üniversitesi'den doktora derecesi aldı ve 1911'de Rutherford'un yanında çalışmak üzere Manchester'a taşındı. 1913'te, atomun yapısıyla ilgili tamamen yeni bir model tasarladı. 1913'te, atomun yapısıyla ilgili tamamen yeni bir model tasarladı. Model, Rutherfor'un düşüncelerini, kuantum mekaniğinin altında yatan düşüncelerle birleştiriyordu. Bohr'un modeli bugün yerini başkasına bırakmış durumdadır, ama atomların davranış biçimlerinin anlaşılmasında hala önemli yardımları olmaktadır.

Bohr 1913'te Kopenhag'a fizik profesörü olarak geri dönüp kuantum mekaniğiyle ilgili yeni kuramların geliştirilmesine yardım etti Çekirdeğin yapısının yeni modellerini çizdi ve nükleer parçalanmanın karıştığı enerji değişimlerini araştırdı. 1922'de Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı.