Резултатът бил, че във физиката имало две теории, основани на противоречиви идеи, които водели до еднакви резултати. Ситуацията била непоносима.
Накрая, през 1926 г. Хайзенберг предложил знаменит компромис, създавайки нова дисциплина, която станала известна като квантова механика. В центъра й бил принципът на неопределеността на Хайзенберг, според който електронът е частица, но частица, която може да бъде описана като вълна. Неопределеността, върху която е построена теорията, гласи, че можем да знаем или пътя, по който се движи електронът из пространството, или можем да знаем къде се намира той в даден момент, но не можем да знаем и двете.22 Всеки опит да се измери едното, неминуемо ще попречи на другото. Това не е въпрос само на нуждата от по-прецизни инструменти; това е едно непроменимо свойство на вселената.
На практика това означава, че никога не можем да предскажем къде ще се намира един електрон в даден момент. Само можем да регистрираме вероятността му да бъде там. В известен смисъл, както го е казал Денис Овербай, електронът не съществува, докато не бъде забелязан. Или, казано малко по-различно, докато не бъде забелязан, електронът трябва да бъде смятан „че се намира едновременно навсякъде и никъде.“
Ако това изглежда объркващо, трябва да изпитаме известна утеха от това, че е било объркващо също и за физиците. Овърбай отбелязва: „Бор веднъж коментира, че ако човек не бъде шокиран, когато за първи път чуе за квантовата теория, той не разбира за какво става дума.“ Когато бил запитан как човек може да си представи атома, Хайзенберг отговорил: „Не се опитвайте.“
Така че атомът се оказал съвсем различен от представата, която повечето хора си били създали. Електронът не се движи около ядрото както една планета около слънцето, а придобива по-аморфния вид на облак. „Обвивката“ на атома не е някакво твърдо покритие, както някои илюстрации ни карат да си представяме, а просто най-външният от тези пухкави електронни облаци. Самият облак е по принцип само зона на статистическа вероятност, маркирайки района, отвъд който електроните много рядко се отклоняват. Така че атомът, ако може да се види, ще прилича повече на пухкава топка за тенис, отколкото на твърда метална сфера (но няма да прилича много и на двете, или въобще на нещо, което сме виждали; в крайна сметка, тук си имаме работа със свят, много различен от този, който виждаме около себе си.)
Изглеждало, като че ли няма край на неизвестното. За първи път, както го е казал Джеймс Трефил, учените се сблъскали „с част от вселената, която мозъците ни не са настроени да разбират“. Или, както се е изразил Фейнман, „нещата в малък мащаб се държат по съвсем различен начин от нещата в голям мащаб.“ Когато физиците задълбали по-надълбоко, осъзнали, че са открили свят, където не само че електроните скачали от една орбита на друга, без да преминават през междинно пространство, но материята можела да се появи от нищото — „ако“, по думите на Алън Лайтман от Масачузетския технологически институт — „изчезне отново с достатъчна бързина.“
Навярно най-интригуващата от квантовите невероятности е идеята, произтичаща от принципа за изключването на Волфганг Паули от 1925 г., гласящ, че всяка от субатомните частици в някои двойки, дори когато те са разделени на значителни разстояния, е в състояние веднага да „разбере“ какво прави другата. Частиците притежават свойство, наречено спин (въртене), и според квантовата теория в момента, в който определим спина на една частица, сродната й частица, независимо от това, колко далече се намира, веднага ще изпадне в състояние на спин в обратната посока и със същата скорост.
22
Има известна неопределеност относно употребата на думата неопределеност по отношение на принципа на Хайзенберг. Майкъл Фрейн в послеслова към пиесата си Копенхаген отбелязва, че няколко думи в немския — Unsicherheit, Unshärfe, Unbestimmtheit — са били използвани от различни преводачи, но никоя не отговаря съвсем на английската uncertainty (несигурност). Фрейн предлага indeterminancy (неопределеност) като по-добър избор на думата или indeterminability (неопределимост) като още по-добър.