在相当长一段时间内，世界都公认爱因斯坦的相对论是物理学上最奇特、最根本的变革。实际上，当时正在孕育着关于物质本性的更让人难以置信的颠覆性理论。

1905年，当爱因斯坦还在伯尔尼的时候，他对光的构成做出了杰出的贡献（见第三章第十小节）。从那之后，他转向了相对论和万有引力的研究，以恒星、行星这样大尺度的宏观物体为对象，而不再研究构成自然界的最基本的粒子——原子。尽管他曾经研究过引力场中的光线，但并不涉及光线的本质是波还是粒子流。

爱因斯坦自己意识到，1905年他提出的光量子（光子）的概念只是一个临时的假设，因为光学中还有无数问题没法解决。光子理论在热辐射和光电效应上的应用获得了意外的成功，但是却无法解释光的干涉、衍射等一系列现象。另一方面，光的波动理论可以应用于后者，但是却对光子理论能解释的那些现象无能为力。

在某次交谈中，爱因斯坦这样描述光的二重性质：“光子就像豌豆粒一样，隐藏在连续性的光波的某处。”光波的振幅决定在某个空间位置有多少粒“豌豆”，但是这个数量只是统计学上的平均。人们永远无法确定一粒“豌豆”会在什么时刻出现在哪个位置。一开始，爱因斯坦觉得这不可能是终极的真相，因为他“永远不可能相信上帝在掷骰子”。然而，“上帝的骰子”渗透到了物理学的多个问题中，例如，在放射性元素的衰变过程里，人们只知道每秒钟发生衰变的原子占总原子的百分比，而不能确切预测下一秒哪一个具体的原子会发生衰变。

但是，早期爱因斯坦提出的“每束光中的光子（光量子，light quanta）”这一思想在肥沃的土壤上生根发芽。这个“启蒙式观点”最终促进了真正的物理学发现。1913年，丹麦物理学家、哥本哈根学派的创始人尼尔斯·玻尔（1885—1962）尝试把原子结构与原子发出的光联系在一起。英国物理学家、原子核物理之父卢瑟福（1871—1937）在1911年曾证明，原子是由中心带有正电荷的原子核与周围一定数量的带负电的电子组成的。而且，人们早就发现，与日常的发光物体不同，原子不能发出频率连续的各种颜色的光，只能发出一系列具有特定频率的光，这些光构成了原子的特征光谱。玻尔发现，若用牛顿定律解释行星绕太阳运动的方式来建立电子绕原子核旋转的模型，这将完全不能解释原子光谱的特征。因此，他转向另一种假设，用普朗克描述热辐射的方式修改了牛顿定律。玻尔假设围绕原子核运动的电子轨道的半径只能是某些分立的数值（定态，Preferred orbital）。不同轨道上的电子具有不同的能量，当电子从一个能量更高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，其能量的差别会以一个光子的形式放射出来。这种发射光子的过程也可以被看作一种爱因斯坦光电效应的逆过程，因为在光电效应中，光子被吸收而电子能量被提高。但是就像原子衰变一样，这种物理现象也是大量原子的统计平均，而不是可预测的特定原子的行为。开始人们也没有觉得这种理论有什么不妥，因为可以联想到保险公司的运作中能够统计人类群体的平均寿命，却不可能知道每个人的寿命。但是，人类个体的死亡都有确定的原因，物理学家也相信单个原子的行为是可以预测的，只不过他们还没有找到这样的方法和规律。