सदियों तक, भौतिकी की दुनिया साफ-सुथरी और अनुमानित लगती थी। न्यूटन के गति के नियमों ने ग्रहों की कक्षाओं से लेकर गिरते हुए सेब तक सब कुछ सटीकता से समझाया। इस दुनिया को शास्त्रीय भौतिकी कहा जाता है। यह उन चीजों के लिए बहुत अच्छा काम करती है जिन्हें हम देख और छू सकते हैं।

लेकिन 19वीं सदी के अंत में, वैज्ञानिकों ने ऐसी घटनाओं का सामना करना शुरू कर दिया जिन्हें शास्त्रीय नियम नहीं समझा सकते थे। जब उन्होंने बहुत छोटी चीजों, जैसे परमाणुओं और प्रकाश, या बहुत गर्म वस्तुओं के व्यवहार को देखा, तो पुराने नियम टूट गए। यह ऐसा था मानो भौतिकी के दो अलग-अलग सेट हों: एक हमारी रोजमर्रा की दुनिया के लिए, और दूसरा एक अजीब, छिपी हुई दुनिया के लिए।

दो प्रमुख पहेलियाँ थीं ब्लैकबॉडी रेडिएशन और प्रकाशविद्युत प्रभाव। इन समस्याओं ने भौतिकी में एक क्रांति की शुरुआत की, जिससे क्वांटम मैकेनिक्स का जन्म हुआ। शास्त्रीय भौतिकी भविष्यवाणी करती थी कि एक आदर्श गर्म वस्तु को असीम मात्रा में ऊर्जा उत्सर्जित करनी चाहिए, खासकर उच्च आवृत्तियों पर। यह स्पष्ट रूप से गलत था, और इसे "पराबैंगनी प्रलय" (ultraviolet catastrophe) कहा गया। इसी तरह, यह नहीं समझा सका कि कुछ धातुओं पर प्रकाश डालने पर इलेक्ट्रॉन क्यों बाहर निकलते हैं।

1900 में, जर्मन भौतिक विज्ञानी मैक्स प्लैंक ने ब्लैकबॉडी रेडिएशन की समस्या को हल करने के लिए एक साहसिक विचार प्रस्तावित किया। उन्होंने कहा कि ऊर्जा निरंतर प्रवाहित नहीं होती है, बल्कि छोटे, असतत पैकेटों में आती है। उन्होंने इन पैकेटों को "क्वांटा" कहा।

यह विचार क्रांतिकारी था। कल्पना कीजिए कि पानी एक चिकनी धारा के बजाय छोटी-छोटी बूंदों में बह रहा है, या एक रैंप पर फिसलने के बजाय सीढ़ियों से नीचे जा रहा है। प्लैंक ने पाया कि प्रत्येक ऊर्जा पैकेट का आकार उसकी आवृत्ति (ν) के समानुपाती होता है।

इस समीकरण ने ब्लैकबॉडी समस्या को पूरी तरह से हल कर दिया। उच्च-आवृत्ति वाले प्रकाश (जैसे पराबैंगनी प्रकाश) के एक क्वांटा के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, इसलिए किसी गर्म वस्तु के लिए उनमें से बहुत से बनाना लगभग असंभव है। इसने "पराबैंगनी प्रलय" को रोक दिया और क्वांटम सिद्धांत की नींव रखी। प्लैंक का स्थिरांक, h, बहुत छोटा है, यही कारण है कि हम रोजमर्रा की जिंदगी में क्वांटम प्रभावों को नोटिस नहीं करते हैं।

प्लैंक के विचार ने अल्बर्ट आइंस्टीन को 1905 में एक और रहस्य सुलझाने के लिए प्रेरित किया: प्रकाशविद्युत प्रभाव। वैज्ञानिकों ने देखा था कि जब कुछ धातुओं पर प्रकाश डाला जाता है, तो वे इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करती हैं। लेकिन अजीब बात यह थी कि प्रकाश की चमक (तीव्रता) से कोई फर्क नहीं पड़ता था; केवल प्रकाश का रंग (आवृत्ति) ही मायने रखता था। एक निश्चित आवृत्ति से नीचे का मंद नीला प्रकाश इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाल सकता है, जबकि बहुत तेज लाल बत्ती कुछ भी नहीं कर सकती है।

आइंस्टीन ने महसूस किया कि प्लैंक के क्वांटा यहाँ भी लागू होते हैं। उन्होंने प्रस्तावित किया कि प्रकाश स्वयं इन ऊर्जा पैकेटों से बना है, जिन्हें बाद में फोटॉन नाम दिया गया। जब एक फोटॉन एक धातु में एक इलेक्ट्रॉन से टकराता है, तो वह अपनी सारी ऊर्जा उस इलेक्ट्रॉन को दे देता है।

यदि फोटॉन की ऊर्जा (E = hν) इलेक्ट्रॉन को मुक्त करने के लिए पर्याप्त है, तो इलेक्ट्रॉन बाहर निकल जाता है। यदि ऊर्जा बहुत कम है (यानी, आवृत्ति बहुत कम है), तो कुछ भी नहीं होता है, चाहे कितने भी फोटॉन टकराएं। यह पूरी तरह से बताता है कि नीला प्रकाश क्यों काम करता है जबकि लाल प्रकाश नहीं करता है, क्योंकि नीले प्रकाश की आवृत्ति और इसलिए ऊर्जा अधिक होती है।

अब जब आपने शास्त्रीय और क्वांटम भौतिकी के बीच के अंतर को समझ लिया है, तो कुछ प्रश्नों के साथ अपने ज्ञान का परीक्षण करने का समय आ गया है।