量子力学的兴起
这个想法量子是由德国物理学家介绍的马克斯·普朗克1900年针对热体辐射光谱所提出的问题，而发展起来量子这个理论很快就与用经典力学解释卢瑟福理论稳定性的困难紧密联系在一起核原子．玻尔在1913年用他的氢原子模型，但直到1925年，他的量子理论的任意假设才在新的量子力学中得到了一致的表达，海森堡，Schrödinger和狄拉克(看到量子力学)．在波尔的模型的运动的电子质子周围的分析就像一个经典问题一样，在数学上和a是一样的地球围绕太阳公转，但另外还假定，在所有经典粒子可用的轨道中，只有一个离散的集合是允许的，玻尔设计了确定这些轨道的规则。在薛定谔的波动力学这个问题一开始也像经典问题一样被写了下来，但是，这个方程并没有得到轨道运动的解，而是通过一个明确规定的过程，从质点运动方程转化为质点运动方程波动．新引入的数学函数Ψ振幅薛定谔的假设波，不是用来计算电子如何移动，而是计算如果在某个特定的地方寻找电子，在那里找到电子的概率。
Schrödinger的处方重现于解波动方程玻尔的假设，但更进一步。玻尔的理论遇到了麻烦，即使是两个电子，比如在氦原子中，也必须放在一起考虑，但新的量子对于两个或任意数量的电子在原子核周围运动的方程，力学没有遇到任何问题。解方程是另一回事，但数值计算的方法却被耐心地应用于一些较简单的情况，并无可挑剔地证明，解方程的唯一障碍是计算上的，而不是物理原理上的错误。现代计算机极大地扩展了量子力学的应用范围，不仅适用于较重的原子，而且适用于固体中的分子和原子的组合，而且总是取得如此大的成功，使人们对量子力学的公式充满信心。
许多物理学家不时感到不安，因为有必要首先把要解决的问题写成经典问题，然后把它人为地转化为量子力学问题。然而，必须认识到，经验和观察的世界并不是电子和原子核的世界。当电视屏幕上的一个亮点被解释为电子流的到来时，仍然只有亮点被感知，而不是电子。物理学家用可见的物体来描述经验的世界，这些物体在特定的时刻占据特定的位置——一句话，经典力学的世界。当把原子描绘成一个被电子包围的原子核时，这幅图是必要的让步对人类的局限性;我们没有理由说，只要有一台足够好的显微镜，这幅图画就能显示为真正的现实。这并不是说这样的显微镜没有被制造出来;实际上，不可能做出一个能揭示这个细节的作品。从经典描述到量子力学方程的转换过程，以及从这个方程的解到特定实验产生特定观测结果的概率的转换过程，不应被认为是在更好的理论发展之前的一种临时权宜之计。最好是接受这一过程作为一种技术，用于预测可能从较早的一组观测结果中得到的观测结果。电子和原子核在现实中是否客观存在是一个问题形而上学的无法给出确切答案的问题。然而，毫无疑问，假设他们的存在，在目前的状态物理如果要构建一个一致的理论来经济而准确地描述关于物质行为的各种各样的观察，这是不可避免的必要。物理学家对粒子语言的习惯性使用引发并反映了信念即使粒子无法直接观测，它们也像任何日常物体一样真实存在。
在量子力学取得初步成功之后，狄拉克1928年扩展了这一理论，使之与特殊的理论的相对论．在这项工作中产生的新的实验验证结果中，有一种看似毫无意义的可能性，即质量电子米可能存在于任何负能量之间−米c2和−∞。−之间米c2和+米c2，这在相对论理论中能源静止的电子，没有任何状态是可能的。很明显，如果把负能量状态作为一种理论抛在一边，理论的其他预测将与实验不一致工件没有物理意义的理论。最终狄拉克提出所有负能量的状态，无限在数量上，它们已经被电子占据了，而这些电子均匀地填满整个空间，是难以察觉的。但是，如果其中一个负能量电子大于2米c2对于能量，它可以被提升到正能量状态，它留下的空穴将被视为一个类似电子的粒子，尽管带着正电荷。因此，这种兴奋的行为导致同时出现粒子对-一个普通的负电子和一个带正电但其他方面相同的正电子。在云室照片中观察到这一过程卡尔·大卫·安德森的美国在1932年。与此同时，人们认识到了相反的过程;它可以被看作是一个电子和一个正电子湮灭彼此，用他们所有的能量(每个人休息两大能量米c2，加上他们的动能能量)被转换成伽马射线(电磁量子)，或者作为一个电子失去所有的能量，因为它掉入空白的负能量状态，模拟一个正电荷。当异常高能的宇宙射线粒子进入地球的大气，它启动了一系列这样的过程伽马射线产生电子-正电子对;它们又会发射伽马射线，虽然能量较低，但仍能产生更多的电子对，因此到达地球表面的是数百万电子和正电子的骤雨。
这并不是不自然的空间尽管这一理论取得了明显的成功，但被无法观测的粒子填满到无限密度这一理论还是不容易被接受。如果不是其他的发展已经迫使理论物理学家考虑放弃空白空间的想法，这似乎会更令人发指。量子力学承载着含义任何振荡系统都不可能失去所有的能量;至少要有一个“零点能量”总计hν/2对于自然频率为ν (h为普朗克常数)。这似乎也是电磁振荡所必需的构成无线电波,光x射线和伽马射线。由于ν的频率没有已知的限制，它们的总和零点能量密度也是无限的;就像负能量电子态一样，它均匀地分布在整个空间中，包括物质内部和外部，并且假定不会产生可观察到的效应。