“…keberadaan ketidakpastian tidak harus menjadi sumber penghinaan bagi ilmu pengetahuan… Meskipun ketidakpastian yang kecil namun penting merupakan aspek dari struktur alam semesta, namun merupakan penghargaan bagi para ahli karena telah menemukan titik tersebut.” –Isaac Asimov
Teori Ketidakpastian
Pada tahun 1927, Werner Heisenberg mengajukan usulan berdasarkan pemeriksaan teoritis murni bahwa tidak mungkin mengetahui posisi dan momentum elektron secara bersamaan. Pemikiran ini, yang kemudian dikenal sebagai teori ketidakpastian, membahas kemungkinan posisi elektron di suatu wilayah tempat, bukan posisi pastinya.
Prinsip ketidakpastian menjadi tantangan bagi banyak ilmuwan untuk menerima kenyataan. Jika mereka mengenali gagasan ketidakpastian ini, itu berarti orang tersebut tidak memiliki semua pengetahuan dan sains mungkin tidak dapat menjelaskan hampir semuanya. Namun, bahkan Einstein tidak dapat menemukan alasan ideal untuk tidak menerima konsep baru tersebut.
Mengingat prinsip ketidakpastian, Max Born, pada tahun 1928, mengusulkan agar metode persamaan gelombang Schrödinger diambil sebagai deskripsi probabilitas perolehan elektron di bagian ruang tertentu. Jawaban-jawaban ini dalam bentuk angka disebut angka kuantum.
Gambar kuantum tidak hanya menggambarkan keadaan daya listrik terkuantisasi yang tepat untuk elektron tetapi juga serangkaian probabilitas untuk situasi elektron dalam tahap energi tertentu. Posisi-posisi yang mungkin ini dikenal sebagai orbital atom mengacu pada suatu area di tempat elektron dapat ditemukan, sedangkan orbit adalah rute yang pasti di area tersebut. Karena orbital tidak memiliki batas yang pasti, ia terkadang disebut sebagai awan elektron.
Tiga dari angka kuantum tersebut diperoleh langsung dari persamaan Schrödinger. Angka kuantum keempat kemudian dimasukkan oleh Paul Dirac untuk memperhitungkan pengaruh relativitas. Bersama-sama, keempat angka kuantum ini dapat digunakan untuk menjelaskan kemungkinan lokasi setiap elektron. Yang lebih penting lagi, besaran kuantum dapat menjelaskan konfigurasi elektron (persiapan elektron) di semua atom.