量子物理學(xué)的如此迷人，因?yàn)槠浜诵娜杂性S多未解之謎。量子物理學(xué)是現(xiàn)代科學(xué)的重要研究領(lǐng)域，它描述了組成物質(zhì)的原子和亞原子粒子的行為和相互關(guān)系，揭示了許多復(fù)雜難懂但卻本質(zhì)的現(xiàn)象，比如構(gòu)成電學(xué)和磁學(xué)基礎(chǔ)的光現(xiàn)象（也就是電磁波的本質(zhì)）。20世紀(jì)許多重要的發(fā)明都來自電學(xué)和磁學(xué)的發(fā)展，量子物理學(xué)中發(fā)生的一切事情都那么不可思議。

把一個(gè)粒子（比如電子）想象成小球并不困難。如果知道一個(gè)小球所處環(huán)境的各種具體參數(shù)，那么我們就可以預(yù)言把小球扔出去會(huì)發(fā)生什么，但是量子的奇妙之處就在于不確定性。量子物理的不確定性令許多量子理論的早期探索者，尤其是阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein），感到頭疼。其中手的一個(gè)問題是：描述粒子在特定時(shí)間所處位置的方程只給出了粒子位置的概率，這樣我們就沒法知道粒子在10秒后所處的位置，只能知道粒子在10秒后出現(xiàn)在空間各處的概率分布。在我們準(zhǔn)確測(cè)量粒子的位置之前，粒子的位置只是一些概率值。這種不確定性在量子尺度下普遍存在。

量子中物體的行為與宏觀中日常物體的行為不同。就拿拋一枚硬幣來說，如果落下后硬幣正面或反面朝上的概率各占一半，那么我們一旦拋出硬幣，即使還沒有看到落地后的結(jié)果，我們也能清楚地知道硬幣只會(huì)有一面朝上——正面朝上或反面朝上。如果我們?cè)诹孔又凶鲱愃啤皰佊矌拧钡膶?shí)驗(yàn)，那么在“硬幣”與宏觀發(fā)生相互作用之前，只存在“正面朝上的概率為50%，反面朝上的概率為50%”這樣的結(jié)果。當(dāng)量子物理學(xué)的諸位領(lǐng)軍物理學(xué)家在1927年的索爾維（Solvay）會(huì)議上碰面時(shí)，量子物理學(xué)這一奇妙的概率特性在與會(huì)的各位物理學(xué)家中引起了激烈的爭論。以愛因斯坦和埃爾溫·薛定諤（Erwin Schrödinger）等為代表的一批物理學(xué)家堅(jiān)信，一定有比“概率”更本質(zhì)、更深層、更“實(shí)際”的某種東西，這種東西不由概率決定。而以尼爾斯·玻爾（Niels��Bohr）和沃納·海森堡（Werner��Heisenberg）等為代表的另一批物理學(xué)家則認(rèn)為量子物理學(xué)不需要這種“實(shí)際的東西”。后來事實(shí)證明玻爾和海森堡說對(duì)了。

這看上去似乎只是哲學(xué)細(xì)節(jié)的爭辯而已，盡管我們知道日常生活中的宏觀物體都是由量子尺度下的眾多微觀粒子組成的，但是我們身處凡和我們身邊的熟悉物體都仍然按照我們過去理解的方式運(yùn)行著。這樣看來的話，在量子尺度下究竟發(fā)生了什么對(duì)我們來說真的重要嗎？答案是肯定的。正是量子尺度下的這種奇妙的量子行為讓原子得以存在，讓太陽得以閃耀，讓現(xiàn)代社會(huì)使用的諸多技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。

量子物理學(xué)一直都被認(rèn)為很深?yuàn)W，的確如此，其背后的數(shù)學(xué)真的很晦澀難懂，但量子物理學(xué)的基本概念其實(shí)好理解，尤其當(dāng)我們真的想要去理解我們所處的這個(gè)由量子組成的時(shí)。在開始全入量子物理學(xué)的之前，我們需要了解量子物理學(xué)的開端。要想知道量子物理學(xué)的開端，我們就需要回顧歷史，回顧一下人們對(duì)物質(zhì)和光的理解是如何一步步發(fā)展的。