19、20世纪之交的当口，物理学处在令人兴奋的变革之中。原子，一种无形且不可分割的物质，其概念可以追溯到古希腊。18世纪初，艾萨克·牛顿曾将原子设想为微小、坚硬的实心球体。19世纪早期的化学家如约翰·道尔顿等，已经被迫接受了原子是组成元素的最小单位这一概念。这是化学反应的唯一解释，因为在化学反应中，一种物质直接转化为另一种物质，没有任何中间相的存在形式。但到了19、20世纪之交，定义原子的步伐加快了，因为物理学家开始对一种具有革命性的思想展开实验：
物质和能量可能是同一枚硬币的正反两面。英国剑桥大学卡文迪许实验室 （Cavendish Laboratory ）的奠基人、苏格兰物理学家詹姆斯· 克拉克 ·麦克斯韦（James Clerk Maxwell ）曾在1873年提出，原子之间的“虚空”充满了电磁场，能量以光速在其中移动。他还表明，光本身也是电磁辐射的一种形式。但即便是他，也将原子设想为固体，因而其本质是机械的。这些发现的重要性超过了自牛顿以来物理学领域取得的所有成果。
