Cùng với sự lên ngôi của cơ học lượng tử đầu thế kỉ 20, một luồng gió tự do cũng đã thổi tràn vào thế giới các nguyên tử. Và thay thế cho sự chắc chắn tất định buồn tẻ là sự bất định đầy kích thích của sự nhòe mờ lượng tử.

Nhà vật lí Werner Heisenberg đã phát hiện ra rằng tự nhiên tuân theo một “nguyên lí bất định” ở thang nguyên tử và hạ nguyên tử: thông tin mà chúng ta có thể thu thập từ một hạt cơ bản sẽ không bao giờ đầy đủ. Hoặc chúng ta đo được vị trí của một electron với độ chính xác cao, khi đó chúng ta phải từ bỏ việc biết chính xác vận tốc của nó, hoặc chúng ta quan sát vận tốc của nó và phải chấp nhận vị trí của nó là không chính xác, nhưng ta sẽ không bao giờ biết được một cách chính xác cả vị trí lẫn vận tốc của nó. Sự bất định này không phải do chúng ta thiếu óc tưởng tượng trong những tính toán của mình, hay các dụng cụ của chúng ta không đủ tinh xảo mà đây là một thuộc tính cơ bản của tự nhiên. Do thông tin chúng ta thu được về một hạt luôn là không đầy đủ, nên tương lai chính xác của nó, phụ thuộc vào thông tin này, chúng ta sẽ không bao giờ biết được. Một lần nữa, quan điểm của Laplace về vũ trụ như một bộ máy được bôi trơn hoàn hảo, trong đó quá khứ, hiện tại và tương lai của mỗi nguyên tử đều có thể lĩnh hội được bởi trí tuệ con người, đã bị vỡ tan. Sẽ luôn có một phần mờ nhòe và ngẫu nhiên trong số phận của các nguyên tử. Ở thang nguyên tử, tự nhiên đòi hỏi chúng ta phải biết khoan dung và từ bỏ giấc mơ lâu dài về một tri thức tuyệt đối.

Do một hạt không bao giờ cho chúng ta biết đồng thời bí mật về vị trí và chuyển động của nó, nên chúng ta không bao giờ có thể nói về quỹ đạo của một hạt như quỹ đạo của Mặt Trăng quay xung quanh Trái Đất. Trong nguyên tử, một electron sẽ không chỉ ngoan ngoãn đi theo một quỹ đạo duy nhất, mà nó có thể đồng thời hiện diện ở khắp mọi nơi. Bằng phép mầu nào vậy? Đó là bằng cách đeo cho mình một bộ mặt khác, bởi vì electron, photon hay bất kì hạt nào khác đều có bản chất lưỡng tính: chúng đồng thời vừa là hạt vừa là sóng. Hạt, khi là sóng, có thể lan truyền và chiếm mọi không gian trống rỗng của nguyên tử, giống như những sóng tròn, xuất hiện trên mặt nước khi ta ném xuống hồ một hòn đá, sẽ lan tỏa và chiếm toàn bộ mặt hồ. Sóng của hạt, như sóng đại dương, có một cường độ lớn ở ngọn và cường độ nhỏ hơn rất nhiều ở bụng (sóng). Nó có thể được coi như một sóng xác suất: ta có nhiều cơ may gặp được electron ở các ngọn sóng hơn là ở bụng sóng nhưng ngay cả khi ở ngọn, ta sẽ không bao giờ biết chắc chắn nó sẽ có mặt ở đó. Có thể 2 trong 3 lần (với xác suất 66%) hay 4 lần trong 5 (xác suất 80%) electron sẽ có mặt ở đó. Nhưng xác suất này sẽ không bao giờ đạt 100%. Sự chắc chắn đã bị đuổi ra khỏi thế giới nguyên tử và hạ nguyên tử nhường chỗ cho sự ngẫu nhiên. Các tiên đoán của cơ học lượng tử, chấp nhận vai trò quan trọng của ngẫu nhiên, đã luôn được các thực nghiệm trong phòng thí nghiệm khẳng định. Chính vì sự hiệu quả của cơ học lượng tử mà máy tính xách tay hay bộ dàn âm thanh của bạn mới có thể hoạt động được.