量子物理是一系列現(xiàn)代物理理論的綜合的學(xué)科，有100多年的歷史。量子這個(gè)詞解釋了經(jīng)典物理和量子力學(xué)的不同之處：在量子理論中，能級(jí)和其他現(xiàn)在仍在研究中的各種粒子它們都沒(méi)有連續(xù)可能性的值。相反，量子的數(shù)值從一個(gè)彼此分散的能級(jí)直接跳到另一個(gè)。（經(jīng)典物理里）舉例來(lái)說(shuō)，如果你以10英里的時(shí)速開車，你不可能連續(xù)跳到20英里的時(shí)速。你可以以中間的時(shí)速行駛，譬如11，11.0001英里。原子層面的粒子可就不是這樣的了。物理學(xué)家花費(fèi)了很長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)試圖回答為什么會(huì)是這樣。

在19世紀(jì)時(shí)期，科學(xué)家不斷地發(fā)現(xiàn)一些在經(jīng)典物理中不能解釋的結(jié)果。法拉第，基爾霍夫，玻爾茲曼和赫茲發(fā)現(xiàn)在化學(xué)和輻射的領(lǐng)域都顯示能態(tài)是分散，非連續(xù)的。20世紀(jì)，普朗克創(chuàng)建了他著名的公式，顯示出輻射頻率與其能量成正比，這鞏固了輻射以波的形式出現(xiàn)的觀點(diǎn)。

普朗克公式

阿爾伯特 愛因斯坦

愛因斯坦和他最著名的質(zhì)能方程E=mc2

阿爾伯特 愛因斯坦以解釋大尺度宇宙層面的相對(duì)論而聞名。但實(shí)際上愛因斯坦在1905年并不是以相對(duì)論獲得的諾貝爾獎(jiǎng)，而是以量子理論解釋了光電效應(yīng)而獲獎(jiǎng)的。光電效應(yīng)是光與電之間一系列相互作用的關(guān)系使得太陽(yáng)能面板工作和LED燈發(fā)光。

薛定諤的波動(dòng)方程

埃爾文薛定諤

薛定諤波動(dòng)方程

時(shí)至今日，埃爾文薛定諤提出的波動(dòng)方程可能是量子物理里最重要的一個(gè)方程。這個(gè)方程描述了量子系統(tǒng)里的“概率幅”。（概率幅，在量子力學(xué)里又稱為量子幅，是一個(gè)描述粒子的量子行為的復(fù)函數(shù)）。波函數(shù)存在多種解釋，以至于今天仍舊有人爭(zhēng)論它到底是啥。一個(gè)一個(gè)的粒子是如何在表現(xiàn)出自身是一種波的同時(shí)，又同樣是個(gè)粒子？一些物理學(xué)家甚至相信波函數(shù)對(duì)于了多重宇宙的存在。也是眾多科幻迷們的對(duì)多世界假設(shè)的福音吧。

光即是粒子也是波，即波粒二象性

光即是粒子也是波，即波粒二象性

海森堡不確定性原理

海森堡不確定性原理

量子物理的另一個(gè)基石就是這一體系中存在著基本的不確定性。當(dāng)你嘗試越精確地測(cè)量一個(gè)量子系統(tǒng)，你就會(huì)越干擾它，從而改變了你想要測(cè)量的值。起初我們以為這意味著我們需要更加精確細(xì)致的方法來(lái)測(cè)量這些值。但我們傾向于這確實(shí)是現(xiàn)實(shí)本質(zhì)上的一系列結(jié)果所導(dǎo)致，而不僅僅是我們自身科學(xué)的不成熟。1927年維納海森堡首先發(fā)現(xiàn)不確定性原理，當(dāng)時(shí)引起了廣泛地爭(zhēng)議，愛因斯坦不喜歡這個(gè)原理，但他找不出證據(jù)來(lái)反駁。

量子理論未來(lái)的發(fā)展

量子理論將會(huì)繼續(xù)發(fā)展量子力學(xué)基本規(guī)則之外的理論。量子色動(dòng)力學(xué)(Quantum Chromodynamics，簡(jiǎn)稱QCD)研究的是組成所有可見物質(zhì)的基本的夸克和膠子。弱電統(tǒng)一理論(Electroweak Theory，簡(jiǎn)稱EWT)研究的是包括弱核力、對(duì)稱性破缺和放射性衰變等方面。量子場(chǎng)論(Quantum Field Theory，簡(jiǎn)稱QFT)結(jié)合了幾乎所有已知的物理學(xué)理論與量子力學(xué)，包括狹義相對(duì)論和經(jīng)典力學(xué)，但是沒(méi)有人能夠解決怎樣才能把引力和廣義相對(duì)論統(tǒng)一進(jìn)量子場(chǎng)論。至今“量子引力”仍舊是一座物理學(xué)上的圣杯。一些后來(lái)的挑戰(zhàn)的理論，如弦理論，變成了今天的熱門研究領(lǐng)域