Một trong những thực tế đáng ngạc nhiên trong vật lý, đó là: mọi vật trong vũ trụ, từ ánh sáng tới electron tới nguyên tử, có đặc tính hạt và sóng đồng thời. Trong tất cả những điều kỳ quặc, hẳn bạn đã từng nghe về vật lý lượng tử, con mèo của Schrodinger, trò xúc xắc của Chúa, những hành động như quỷ ám ở khoảng cách xa, tất cả chúng sinh ra trực tiếp từ thực tế rằng mọi vật đều có bản chất sóng và hạt. Điều này nghe có vẻ điên rồ. Nếu bạn quan sát xung quanh, bạn sẽ thấy sóng nước và các hạt đá, và chúng không có gì giống nhau. Vậy tại sao bạn không nghĩ kết hợp chúng? Các nhà vật lý không quyết định kết hợp chúng với nhau một cách ngẫu nhiên. Đúng hơn là, chúng dẫn tới bản chất đối ngẫu của vũ trụ thông qua 1 quá trình gồm nhiều bước nhỏ, gắn nhiều dấu hiệu với nhau như những mảnh ghép trong trò xếp hình. Người đầu tiên đề xuất chính thức bản chất lưỡng tính của ánh sáng là Albert Einstein năm 1905, nhưng ông ấy đã lấy 1 ý tưởng trước đó từ Max Planck. Planck giải thích màu sắc của ánh sáng phát ra từ vật nóng, giống như sợi trong 1 dải ánh sáng, nhưng để làm điều đó, ông cần 1 trò lừa kinh điển: ông nói vật thể được tạo ra từ những phần tử dao động chỉ có thể phát xạ ánh sáng trong khoảng riêng biệt, lượng năng lượng phụ thuộc vào tần số ánh sáng. Planck chưa bao giờ thực sự thỏa mãn với điều này, nhưng Einstein đã lấy ý tưởng đó và thực hiện. Ông đưa ý tưởng của Planck vào ánh sáng, nói rằng, ánh sáng mà mọi người biết có dạng sóng, thực ra là 1 dòng các photons, mỗi photon mang năng lượng nhất định. Chính Einstein đã gọi điều này là cuộc cách mạng thực sự ông đã làm, nhưng nó giải thích cách mà ánh sáng chiếu vào bề mặt kim loại làm mất electrons. Cả những người không thích ý tưởng này cũng phải thừa nhận rằng nó rất xuất sắc. Mảnh ghép tiếp theo đến từ Ernest Rutherford tại Anh. Năm 1909, Enerst Marsden và Hans Geiger, làm việc cho Rutherford, đã bắn hạt alpha vào nguyên tử vàng và bị sửng sốt khi nhận ra rằng một vài hạt đã bật ngược trở lại. Điều này chỉ ra hầu hết khối lượng nguyên tử tập trung trong hạt nhân nhỏ bé. Mô hình nguyên tử bạn học ở các trường trung học, với quỹ đạo của electrons giống như hệ mặt trời thu nhỏ, đó là của Rutherford. Có 1 vấn đề nho nhỏ với nguyên tử của Rutherford: nó không đúng. Vật lý cổ điển cho chúng ta biết rằng 1 electron chạy xung quanh 1 vòng tròn phát xạ ánh sáng, và chúng ta sử dụng điều này liên tục để phát sóng radio và tia X. Nguyên tử của Rutherford sẽ bắn ra tia X theo mọi hướng ngay lập tức trước khi electron theo đường xoắn ốc rơi vào hạt nhân. Nhưng Neils Bohr, một nhà vật lý lý thuyết Đan Mạch làm việc cùng với Rutherford, đã chỉ ra rằng nguyên tử đó thực sự tồn tại, vì vậy có thể các định luật vật lý cần thay đổi. Bohr đề xuất rằng 1 nguyên tử với quỹ đạo đặc trưng nhất định không phát xạ ra ánh sáng nào cả. Nguyên tử hấp thụ và phát xạ ánh sáng chỉ khi electrons thay đổi quỹ đạo, và tần số ánh sáng phụ thuộc vào sự chênh lệch năng lượng theo cách mà Planck và Einstein đã giới thiệu. Nguyên tử Bohr khắc phục vấn đề của Rutherford và giải thích tại sao nguyên tử chỉ phát xạ ánh sáng có màu nhất định. Mỗi nguyên tố có quỹ đạo riêng đặc biệt của nó, và do đó cho ra tần số duy nhất của nó. Mô hình Bohr chỉ có 1 vấn đề nho nhỏ: không có lý do nào cho những quỹ đạo đó trở thành đặc biệt. Nhưng Louis de Broglie, 1 thạc sĩ người Pháp, đã khép lại mọi nghi ngờ. Ông chỉ ra rằng nếu ánh sáng, cái mà mọi người đã biết ở dạng sóng, có đặc tính hạt, có lẽ electron, cái mọi người đều biết ở dạng hạt, cũng có đặc tính dạng sóng. Và nếu electron là sóng, thật dễ để giải thích quy luật của Bohr cho những quỹ đạo đặc biệt đó. Một khi bạn có ý tưởng electron có đặc tính sóng, bạn có thể đi tìm nó. Và trong vòng vài năm, các nhà khoa học tại US và UK đã quan sát thấy các đặc tính sóng từ electrons. Ngày nay chúng ta có một minh họa sinh động rõ ràng cho điều này: bắn 1 electron vào 1 tấm chắn có những khe hỡ ở giữa. Mỗi electron được nhận biết ở 1 vị trí nhất định trong 1 thời điểm nhất định, giống như 1 hạt. Nhưng khi bạn lặp lại thí nghiệm nhiều lần, tất cả dấu vết các electron độc lập này tạo thành dạng dải, đặc tính của sóng. Ý tưởng hạt có tính sóng, và ngược lại, là một trong những điều kỳ lạ nhất và quan trọng nhất trong vật lý. Richard Feynman nổi tiếng đã nói điều này minh họa cho trung tâm huyền bí của cơ học lượng tử. Mọi thứ đều tuân theo quan điểm này, như những mảnh ghép của trò xếp hình rơi vào đúng vị trí.