La fisica quantistica è la disciplina che studia le proprietà delle particelle. La realtà che ci circonda è formata da miliardi di particelle microscopiche. Ad esempio, la maggior parte degli oggetti è fatta di particelle chiamate molecole. A loro volta, le molecole sono formate da particelle più piccole, gli atomi. E gli atomi sono fatte di particelle ancora più piccole, come i protoni, i neutroni e gli elettroni. Tutto è composto da particelle: i solidi, i liquidi, i gas e perfino la luce. Studiando il comportamento di queste particelle, si osservano fatti apparentemente inspiegabili. Ad esempio, se si proietta un raggio di luce verso uno specchio, le particelle che compongono il raggio tornano indietro, come palle da tennis scagliate contro un muro.

Ma se si proietta il raggio di luce attraverso un buco molto stretto, le particelle non continuano dritte per la loro strada: all’uscita dal buco si disperdono in tutte le direzioni. In pratica, non reagiscono più come palle da tennis, ma come una massa d’acqua che filtra attraverso la chiusa di una diga. In fisica, un elemento che si comporta in questo modo viene chiamato onda. Fino alle soglie del Novecento, particelle e onde sono considerate entità nettamente distinte. Negli esperimenti, però, a volte le particelle mostrano di avere le caratteristiche delle onde. All’inizio del ‘900, il fisico tedesco Max Planck ipotizza che le particelle ubbidiscano a leggi diverse rispetto a quelle della fisica classica. Secondo la legge da lui proposta [E = hυ], l'energia e la frequenza di un'onda sono strettamente legate. La frequenza è il numero di onde che passano per un punto in un secondo. L'energia è, invece, una misura maggiormente legata alle particelle.

Nasce allora il concetto di quanto di energia, cioè un “pacchetto” di energia che un'onda può avere, come se fosse una particella. E’ l’origine della fisica quantistica. Le ipotesi di Planck trovano conferma nella teoria di Albert Einstein sull'effetto fotoelettrico, del 1905. Nei primi decenni del Novecento, grazie al lavoro di scienziati come Niels Bohr e Erwin Schrödinger, lo studio della fisica quantistica conosce ulteriori impulsi. Il fisico tedesco Werner Karl Heisenberg dimostra, inoltre, che è impossibile stabilire contemporaneamente la velocità e la posizione di una particella. Il ruolo dell'osservazione diventa quindi fondamentale nel determinare gli aspetti di un fenomeno fisico. Queste scoperte smentiscono il determinismo: secondo questa corrente filosofica, infatti, conoscendo le premesse di un fenomeno, sarebbe sempre possibile dedurne l’esito esatto. La fisica quantistica apre la strada a una visione della realtà meno meccanica, e più probabilistica. Oggi la fisica cerca di coniugare i princìpi quantistici con la relatività generale, la teoria che descrive al meglio la gravitazione universale. Uno dei tentativi più accreditati, i cui esiti sono ancora da dimostrare, è quello della cosiddetta teoria delle superstringhe.