什么是量子力學

究竟是什么機制使空腔的原子產生出所觀察到的黑體輻射能量分布，對此問題的研究導致了量子物理學的誕生。? ?
1900年１２月１４日Planck 提出：?????? ?如果空腔內的黑體輻射和腔壁原子處于平衡，那么輻射的能量分布與腔壁原子的能量分布就應有一種對應。作為輻射原子的模型，Planck 假定：
（1）原子的性能和諧振子一樣，以給定的頻率 v 振蕩；
（2）黑體只能以 E = hv 為能量單位不連續的發射和吸收輻射能量，????? 而不是象經典理論所要求的那樣可以連續的發射和吸收輻射能量。

量子力學是研究微觀粒子（如電子、原子、分子等）運動規律的理論。原子核和固體的性質以及其他微觀現象，目前已基本上能從以量子力學為基礎的現代理論中得到說明。現在量子力學不僅是物理學中的基礎理論之一，而且在化學和許多近代技術中也得到了廣泛的應用。

上世紀末和本世紀初，物理學的研究領域從宏觀世界逐漸深入到微觀世界；許多新的實驗結果用經典理論已不能得到解釋。大量的實驗事實和量子論的發展，表明微觀粒子不僅具有粒子性，同時還具有波動性（參見波粒二象性），微觀粒子的運動不能用通常的宏觀物體運動規律來描寫。德布羅意、薛定諤、海森堡，玻爾和狄拉克等人逐步建立和發展了量子力學的基本理論。應用這理論去解決原子和分子范圍內的問題時，得到與實驗符合的結果。因此量子力學的建立大大促進了原子物理。固體物理和原子核物理等學科的發展，它還標志著人們對客觀規律的認識從宏觀世界深入到了微觀世界。

量子力學是用波函數描寫微觀粒子的運動狀態，以薛定諤方程確定波函數的變化規律，并用算符或矩陣方法對各物理量進行計算。因此量子力學在早期也稱為波動力學或矩陣力學。量子力學的規律用于宏觀物體或質量和能量相當大的粒子時，也能得出經典力學的結論。在解決原子核和基本粒子的某些問題時，量子力學必須與狹義相對論結合起來（相對論量子力學），并由此逐步建立了現代的量子場論。

量子力學是研究微觀粒子的運動規律的物理學分支學科，它主要研究原子、分子、凝聚態物質，以及原子核和基本粒子的結構、性質的基礎理論，它與相對論一起構成了現代物理學的理論基礎。量子力學不僅是近代物理學的基礎理論之一，而且在化學等有關學科和許多近代技術中也得到了廣泛的應用。

量子力學的基本原理包括量子態的概念，運動方程、理論概念和觀測物理量之間的對應規則和物理原理。

在量子力學中，一個物理體系的狀態由波函數表示，波函數的任意線性疊加仍然代表體系的一種可能狀態。狀態隨時間的變化遵循一個線性微分方程，該方程預言體系的行為，物理量由滿足一定條件的、代表某種運算的算符表示；測量處于某一狀態的物理體系的某一物理量的操作，對應于代表該量的算符對其波函數的作用；測量的可能取值由該算符的本征方程決定，測量的期待值由一個包含該算符的積分方程計算。

波函數的平方代表作為其變數的物理量出現的幾率。根據這些基本原理并附以其他必要的假設，量子力學可以解釋原子和亞原子的各種現象。

關于量子力學的解釋涉及許多哲學問題，其核心是因果性和物理實在問題。按動力學意義上的因果律說，量子力學的運動方程也是因果律方程，當體系的某一時刻的狀態被知道時，可以根據運動方程預言它的未來和過去任意時刻的狀態。

但量子力學的預言和經典物理學運動方程(質點運動方程和波動方程)的預言在性質上是不同的。在經典物理學理論中，對一個體系的測量不會改變它的狀態，它只有一種變化，并按運動方程演進。因此，運動方程對決定體系狀態的力學量可以作出確定的預言。

但在量子力學中，體系的狀態有兩種變化，一種是體系的狀態按運動方程演進，這是可逆的變化；另一種是測量改變體系狀態的不可逆變化。因此，量子力學對決定狀態的物理量不能給出確定的預言，只能給出物理量取值的幾率。在這個意義上，經典物理學因果律在微觀領域失效了。

據此，一些物理學家和哲學家斷言量子力學擯棄因果性，而另一些物理學家和哲學家則認為量子力學因果律反映的是一種新型的因果性——幾率因果性。量子力學中代表量子態的波函數是在整個空間定義的，態的任何變化是同時在整個空間實現的。

20世紀70年代以來，關于遠隔粒子關聯的實驗表明，類空分離的事件存在著量子力學預言的關聯。這種關聯是同狹義相對論關于客體之間只能以不大于光速的速度傳遞物理相互作用的觀點相矛盾的。于是，有些物理學家和哲學家為了解釋這種關聯的存在，提出在量子世界存在一種全局因果性或整體因果性，這種不同于建立在狹義相對論基礎上的局域因果性，可以從整體上同時決定相關體系的行為。

量子力學用量子態的概念表征微觀體系狀態，深化了人們對物理實在的理解。微觀體系的性質總是在它們與其他體系，特別是觀察儀器的相互作用中表現出來。

量子力學表明，微觀物理實在既不是波也不是粒子，真正的實在是量子態。真實狀態分解為隱態和顯態，是由于測量所造成的，在這里只有顯態才符合經典物理學實在的含義。微觀體系的實在性還表現在它的不可分離性上。量子力學把研究對象及其所處的環境看作一個整體，它不允許把世界看成由彼此分離的、獨立的部分組成的。關于遠隔粒子關聯實驗的結論，也定量地支持了量子態不可分離性的觀點。

人們對觀察結果用經典物理學語言描述時，發現微觀體系在不同的條件下，或主要表現為波動圖象，或主要表現為粒子行為。而量子態的概念所表達的，則是微觀體系與儀器相互作用而產生的表現為波或粒子的可能性。