Следующий Сольвеевский конгресс в 1913 г. был посвящён проблеме строения вещества. Самой важной новой информацией на нем была информация об открытии дифракции рентгеновых лучей в кристаллах, сделанном Лауэ в 1912 г. Это открытие устранило все сомнения в том, что этому проникающему излучению следует приписать волновые свойства. Корпускулярные же черты этого излучения при его взаимодействии с веществом, как это особенно подчёркивал Уильям Брэгг, весьма выразительно иллюстрировалось на снимках в камере Вильсона, показывающих треки быстрых электронов, освобождаемых при поглощении излучения в газах. Как известно, открытие Лауэ явилось прямым толчком к блестящим исследованиям кристаллических структур Уильямом и Лоуренсом Брэггами, которые, анализируя отражение монохроматического излучения от различных сечений плоскопараллельных конфигураций атомов в кристаллической решетке, сумели определить как длину волны излучения, так и тип симметрии решетки.
Обсуждению этих вопросов, составивших главный предмет работы конгресса, предшествовал доклад Дж. Дж. Томсона, изложившего остроумные концепции, касающиеся электронной структуры атомов; с помощью этих концепций, не отступая от классических физических принципов, Томсон смог объяснить, по крайней мере качественно, многие общие свойства вещества. Это бросает свет на общие взгляды физиков, в то время ещё не оценивших принципиального значения открытия Резерфордом ядерной структуры атома, которое было существенной основой для таких исследований. Единственное упоминание об этом открытии сделал сам Резерфорд, который в дискуссии, следовавшей за докладом Томсона, указал на достаточное количество и точность экспериментальных данных, подтверждающих ядерную модель атома.
Впрочем, за несколько месяцев до открытия конгресса была опубликована моя первая статья о квантовой теории строения атомов. В этой статье были сделаны первые попытки использовать атомную модель Резерфорда для объяснения характерных свойств элементов, зависящих от связи электронов, окружающих ядро. Как уже отмечалось, этот вопрос представлял непреодолимые трудности, если рассматривать его с помощью обычных идей механики и электродинамики, согласно которым никакая система точечных зарядов не допускает устойчивого статического равновесия, а любое движение электронов вокруг ядра привело бы к рассеянию энергии посредством электромагнитного излучения, сопровождаемого быстрым сжатием электронных орбит до нейтральной системы гораздо меньшей величины, чем величина атомов, вычисленная из общих физических и химических данных. Поэтому такая ситуация приводила к мысли, что рассмотрение проблем устойчивости должно опираться непосредственно на особый характер атомных процессов, демонстрируемый открытием кванта действия.
Исходный пункт был подсказан эмпирическими закономерностями, обнаруженными в оптических спектрах элементов, которые, как это впервые установил Ридберг, могли быть выражены посредством комбинационного принципа, согласно которому частота любой спектральной линии может быть с большой точностью представлена в виде разности между двумя членами серии термов, характеризующих элемент. Отправляясь непосредственно от эйнштейновской трактовки фотоэффекта, можно было истолковать комбинационный закон как результат элементарного процесса, в котором атом, испуская или поглощая монохроматическое излучение, переходит из одного, так называемого стационарного, состояния атома в другое. Этот взгляд, позволивший отождествить произведение планковской константы на любой из спектральных термов с энергией связи электронов в соответствующем стационарном состоянии, приводил также к простому объяснению соотношения между линиями испускания и поглощения в спектральных сериях, весьма прихотливого на первый взгляд. Это объяснение состояло в том, что обычно мы имеем дело в первом случае с переходом из возбуждённого состояния атома в некоторое состояние с более низким уровнем энергии, а в случае поглощения — с процессом перехода из основного состояния с наименьшей энергией к одному из возбуждённых состояний.