Verso la fine dell ‘800 sembrava che l’intera struttura concettuale della Fisica fosse ormai completa. La meccanica newtoniana da un lato e la teoria maxwelliana dell'elettromagnetismo, dall'altro, nella quale si intravedevano già delle cose che non quadravano alla perfezione, nonostante tutto parevano fornire la chiave di interpretazione e di previsione di tutti i fenomeni fisici possibili, dal moto dei pianeti al comportamento delle cariche elettriche. La seconda metà del XIX secolo è caratterizzata da importanti fenomeni in campo economico, sociale e filosofico, strettamente intrecciati con il trionfo della fisica classica. In campo economico e sociale c'è l'inizio impetuoso della seconda rivoluzione industriale, fondata sull'uso dell'energia elettrica; in quegli anni si avvia inoltre l'utilizzazione delle onde elettromagnetiche per le trasmissioni. In campo filosofico c'è l'affermarsi del positivismo, una corrente di pensiero che propone di applicare i procedimenti scientifici ad ogni ramo del sapere. Solamente alcuni fenomeni, sembravano essere al di fuori del quadro interpretativo della fisica classica, ma il convincimento di quasi tutti gli scienziati dell'epoca era che prima o poi anche questi trovassero una interpretazione all'interno della fisica classica. I fatti dimostrarono che le cose non stavano così, lo studio sperimentale e teorico dei problemi irrisolti portò al superamento della fisica classica, che da teoria generalizzata in grado di poter interpretare tutta la realtà fu ridotta ad “ottimo modello in grado di spiegare e prevedere fenomeni in un limitato ambito di validità”. In effetti, i fenomeni su cui si è sviluppata la fisica classica sono quelli che più direttamente rientrano nell'esperienza comune, come la caduta dei corpi, il moto dei proiettili, il moto dei pianeti, il lento movimento di cariche elettriche nei circuiti e molto altro ancora. In pratica la fisica classica è nata e si è sviluppata su fenomeni che riguardano corpi relativamente lenti e grandi. Non è detto, però, che con la fisica classica sia possibile interpretare altrettanto bene la realtà al di fuori di questo ambito, su fenomeni che coinvolgono velocità prossime a quella della luce o dimensioni molto piccole come quelle delle particelle elementari. Interessante è notare come questa considerazione, della cui validità abbiamo oggi prove evidenti, era per gli scienziati dell'epoca poco credibile, tenendo conto che la fisica newtoniana era nata con l'affermazione che le stesse leggi regolano i corpi celesti e quelli terrestri. Uno dei filoni di ricerca che maggiormente contribuì al superamento della fisica classica fu quello relativo alla propagazione e all'emissione della luce, che fu ipotizzato per la prima volta da Maxwell; il quale con le le 4 leggi dell’elettromagnetismo, che portano il suo nome, in particolar modo con la quarta di queste riesce a teorizzare e dimostrare l’esistenza di alcune onde che diventeranno poi le onde elettromagnetiche, quella che noi conosciamo oggi come luce. Il principio di invarianza della velocità della luce dal sistema di riferimento scelto, dimostrata sperimentalmente da Michelson e Morley nel 1881, metteva in crisi il principio galileiano di composizione delle velocità. Inoltre il principio di relatività galileiana sembrava essere in contrasto con le equazioni di Maxwell sopracitate che modificano la loro forma nel passaggio da un sistema di riferimento inerziale ad un altro. Tutto ciò portò Einstein ad affermare il criterio della relatività, mettendo però in crisi la concezione classica dello spazio e del tempo, fino ad allora conosciute, con la teoria della relatività ristretta nel 1905. D'altro canto, gli studi sull'emissione della luce da parte di un corpo incandescente o, corpo nero, avevano portato Planck nel 1900 a ipotizzare che gli atomi eccitati emettessero energia non in modo continuo ma per pacchetti, gettando così le basi della fisica quantistica che, come vedremo, costituisce un valido modello interpretativo dei fenomeni su scala atomica e subatomica. L'ipotesi quantistica di Planck permise inoltre nel 1905 ad Einstein di interpretare un altro fenomeno classicamente inspiegabile ovvero l'effetto fotoelettrico. Un altro grande passo in avanti nell'affermazione della fisica quantistica nella scala microscopica venne dalle teorie sulla struttura dell'atomo. Nel 1897, infatti, la scoperta dell'elettrone dimostrò con chiarezza che l'atomo non poteva essere considerato il costituente elementare della materia, ma era a sua volta formato da particelle più semplici, i quanti. La costruzione di un valido modello atomico e nucleare confermò l'inadeguatezza, su questa scala, della fisica classica e la necessità di interpretare le cose dal punto di vista quantistico. La crisi della fisica classica fu la premessa di un incredibile e dirompente sviluppo scientifico di quegli anni. I nuovi modelli interpretativi permisero di prevedere nuovi fenomeni e con una precisione maggiore, oltre che rispondere a domande prive di risposta sino a quel momento, come il superamento del dualismo tra onda e particella. Nella fisica classica esistono o i fenomeni corpuscolari o i fenomeni ondulatori, con una netta divisione tra essi, nel senso che un sol fenomeno può essere visto o in una chiave corpuscolare oppure in una ondulatoria, senza possibilità di commistione tra esse. Nel mondo microscopico, viceversa, la separazione tra i due punti di vista decade in quanto la radiazione può presentare caratteri corpuscolari e le particelle mostrare aspetti ondulatori allo stesso tempo. Il comportamento delle onde di materia deve essere descritto da una nuova teoria, la meccanica quantistica fondata nel 1925 indipendentemente da Erwin Schroedinger e Werner Heisenberg, il primo di questi famoso per la toeria del gatto di Schroedinger ed il secondo per un’altra teoria che porta il suo nome, ovvero, il principio di indeterminazione di Heisenberg. A partire dal 1900, il panorama della fisica cambiò radicalmente: al posto di un unico modello interpretativo, ovvero la fisica classica, si avevano altre due teorie più generali e distinte, la fisica quantistica e la fisica relativistica, una valida per piccole dimensioni, l'altra per velocità molto elevate e prossime a quelle della luce. Ciascuna di queste teorie comprende la fisica classica come caso limite, cioè come approssimazione del modello relativistico o quantistico per dimensioni abbastanza grandi o per velocità abbastanza piccole. La saldatura tra fisica quantistica e fisica relativistica avviene nel campo delle piccole dimensioni e delle alte velocità; questo ambito, chiamato teoria quantistica dei campi, costituisce una delle attuali frontiere della scienza.
