十九世纪是工业革命的重要发展期，借助于完美无瑕的牛顿经典力学理论以及在此基石上形成的电磁学和统计热力学等等，科技进步，经济增长，社会各个层面发生了巨大变化，世界进入了一个全新的纪元——以至于在19世纪末人们都以为物理学已经到了顶峰，就像物理学家开尔文说的“19世纪已经将物理大厦全部建成，今后物理学家只是修饰和完美这所大厦”。当然在这种自满情绪下，物理学家也意识到此时物理天空中还有两朵乌云，即以太漂移和紫外灾难。而正是因为这两朵乌云，物理学换了天空，前者引发了相对论，后者诞生了量子力学。
经典力学遇到的困难
当我们穷尽现有的理论却还无法去理解事物的运作原理时，此时就是新理论的萌发契机了。工业革命需要大量地熔炼金属以加工生产，但测量以及控制温度却十分困难，因为熔炼温度一般很高，温度计无法使用。但人们发现，温度高低和物质发光颜色（即波长或频率）具有相关性，一般先是发红，温度升高变橙黄，最后发白，但却很难发出蓝紫光。维恩提出了在高频段很吻合的经验公式，而瑞利和金斯提出的公式则只在低频部分与实验相符甚好，在高频段物体的能量辐射（即对应温度）则趋于无穷，违背了事实，这就是有名的“紫外灾难”的由来。
紫外灾难
取一个验电器，使之带上负电，此时两块金属片因为带同种电荷而排斥张开，张开的角度与整个验电器的净负电荷成正比。这时用红光照射验电器，无论光的强度有多大，始终没有明显现象；而若使用蓝光照射，哪怕光强很弱，金属片也会迅速合拢，即有大量电子逃逸出验电器。这种由于光照而使得金属表面激发出自由电子的现象，称之为光电效应。如果使用了经典力学的思想，则所激发的电子数量与光强和照射时间呈正相关，与波长无关，即是说只要电子能够吸收大量的光子，则一定可以得到激发而逃逸出金属，这个过程是连续的。但从上边的实验结果来看，经典理论是不能够解释为何微弱的蓝紫光所激发的电子数量要比光强大的红光激发的来得多，而且几乎不用耗费时间。这个问题由赫兹在1887年发现，一直都悬而未决。
19世纪末人们已确信无疑物质是由原子构成的，而电子刚刚被发现，由于原子的电中性故原子内必定带有和电子负电数相当的正电荷粒子。那么这两种异性电荷在原子内是如何分布的呢？电子发现者汤姆逊提出大质量的正电荷均匀分布在原子内形成大背景，而电子在其中是随机分布的，就像西瓜里边的籽一样。而卢瑟福通过金箔实验认为原子正电荷大质量集中在中心核区，而电子在原子核外运动，就像太阳系的模式一样。但行星模型也有它的困难，就是根据电磁学，带电荷的电子绕核运动时会在不到百万分之一秒因辐射而失去能量而掉入原子核中，而这样的不稳定性是不允许存在的。而在另一方面，在实验中测定单一元素的光谱时人们发现，所发射的光的频率并不是连续分布的，而只有特定的频率，称为线光谱，而且同一元素光谱线的强度各不相同。里德伯凭借敏锐的数学直觉凑出了一条经验公式，将氢的任一谱线表达成两个光谱项之差，简单而奇妙，其中必隐藏着巨大的秘密，但是却找不到理论的解释。
由此可见，经典力学遭遇到前所未有的困难，在这样的挑战下，一股巨大的新生力量正在爆发。
旧量子时代
1900年，注定是要被历史铭记的一年。在这一年，量子的概念毫无征兆地横空出世，虽然引起了许多质疑声音，但它还是无可阻挡，开辟了新天地。普朗克在研究热辐射时，为了拟合维恩公式和瑞利-金斯公式，强行引入一个人为因子即普朗克常数h（数量级为10的负34次方，足见其小），才使得公式跟实验数据完全吻合。这个强行加入的数学上的因子，在物理上显得特别不自然，因为从公式上看，辐射能量只能是一份子一份子的形式进行吸收或者发射，而不是连续的，这最小的不可再分的一份子，就称为“量子”。在当时，“量子”这一概念是十分突兀的。因为在经典物理中，在我们的思维里，物质和能量都是连续的，一尺之棰，日取其半，万世不竭。只要技术允许，我们可以获得任意大小的能量。面对这样的社会认识，量子概念是十分孤独的，甚至连普朗克本人自始至终都摒弃这个在他大脑里诞生的跨时代革命。
而爱因斯坦则不同，当时他年轻而激进，能够接受新事物新思维，对量子论特别感兴趣。光在爱因斯坦一生的工作中起着举足轻重的作用，无论是相对论中的恒定光速原理还是光电效应的光量子解释，光一直是他最爱琢磨的实在。针对于光电效应，爱因斯坦提出了“光量子”概念，认为光是一份一份进行吸收和发射的，而且光的频率越高，其携带的能量越大，该能量等于普朗克常数乘以光频率。在这个假设下，光电效应的困难迎刃而解——金属中的电子吸收了频率足够高的光子，其受激发的能量就越大，就越容易脱离金属的束缚，而且光子的吸收是在瞬间完成的，这一过程需要的时间可以忽略不计。
爱因斯坦因光电效应而荣获了十六年后的诺贝尔奖（不是因为相对论，当时没几个人懂相对论）。但整个物理界沉迷于根深蒂固的光是波的概念中，因为粒子性无法解释光的衍射和干涉，以至于没人认可光量子概念，包括普朗克在内的天才们。
在量子概念被提出后几年，人们一方面质疑问难，另一方面也在使用这个新概念来探索经典物理的盲区。波尔，整个量子力学的中流砥柱，正在尝试引入量子化，来构建新的稳定的原子行星模型。他引入量子化的角动量，提出量子态的约定，即电子只能在分立的轨道上无辐射地绕核运动，并且由给出了量子跃迁的条件，这样的一套“强制”规则，显得没有物理意义，被称为“数学杂技”，但它却准确地预测了氢原子的光谱，并且得到了里德伯经验公式中的里德伯常数，而且这个模型在氢原子的应用上屡试不爽。
在旧量子时代，量子论是非常矛盾的，一方面它轻而易举地拨开了经典物理的乌云，但另一方面它却饱受争议，不受欢迎，磕磕碰碰，但始终无法阻碍它的前进。
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