量子力學是一門令人感到深奧、違反直覺的理論，但這個理論並不是所想像的那麼神秘與不可思議。如果你了解下面的量子力學基礎知識，你會覺得量子力學更容易理解。
量子力學
量子力學是物理學的一個分支，也稱為量子物理學或量子理論。
力學是物理學的一部分，涉及從炮彈到網球、汽車、火箭和行星等移動的東西。量子力學描述物體在分子、原子和亞原子等水平上的運動，例如光子和電子。
量子力學是一非常成功的科學理論，我們現代的科學技術和許多生活方式都依賴於量子力學的應用，但它卻也使人難以理解。
這個理論被證明很有效，但是它似乎讓我們去追逐奇異的東西：波是粒、粒是波；貓既是生、又是死；「遠距離的怪異作用」等。
如果你曾經想知道使量子力學令人困惑的的理論背後的基礎知識是什麼，那麼下面是對量子力學的幾個基礎問題的簡單通俗的解釋。
量子的由來
我們現在知道，所有物質都是由原子組成的。每個原子依次由電子「環繞」一個由質子和中子組成的原子核組成。原子是一個一個地離散的。它們是「有定域地點的」：即在「這裡」或在「那裡」。
但是在19世紀末，原子引起了很大的爭議，這使得德國物理學家普朗克研究了所謂的「黑體」輻射的性質和行為。
普朗克得出的結論說，輻射被吸收和發射，就好像它是由一個個離散的量組成的，他將這個離散的量稱為量子。1905年，愛因斯坦將這一量子觀念進一步深入，他推測量子是真實的——輻射本身來自離散的光粒子。今天，我們稱這些光粒子為光子。
光既像波又像粒子
這個問題的關鍵是一個稱為「雙縫實驗」所觀察的結果。
將光線穿過一個狹窄的孔或狹縫，它將從孔或狹縫中擠過，在邊緣彎曲並散開來，這稱為「衍射」。
將光線穿過並排切開的兩條縫，會得到一種稱為「幹涉」的現象。由兩個狹縫衍射的波會產生稱為幹涉條紋的亮帶和暗帶的交替模式。這種行為不僅限於光，如水波也很容易證明這種波的幹擾。
但是，波本質上是「沒有定域地點」的：它們在「這裡」和在「那裡」。愛因斯坦的假設並不是推翻所有關於光的非定域波狀特性的證據。他的建議是，完整的描述在某種程度上也需要考慮其定域性的、類似粒子的特性。
所以，光既像波，又像粒子。
1923年，法國物理學家德布羅意提出了一個大膽的建議。如果光波也可以是粒子，那麼像電子這樣的粒子也可以是波嗎？他在電子的波狀性質（波長）和粒狀性質（動量）之間建立起了直接的數學關係。
但這還不是一個完整的「波粒」物質理論。這項挑戰落在了奧地利物理學家薛丁格身上。1926年初他提出了一個波動方程式，通過其中的波函數計算電子等粒子的運動。
波函數
在經典力學中所表示的函數概念的方式，是通過物理可觀察量，例如可觀察的能量和動量，來描述與擁有它們的對象的屬性的關係，不存在真正的問題。
比如在經典力學中，如果想要計算以固定速度在空中飛行的物體的經典動量？ 很簡單，測量物體的質量及其速度並將其相乘即可得到。
但是，如果想要知道一個電子在真空中自由移動的動量，該怎麼辦？在量子力學中，是通過對電子的波函數執行特定的數學運算來計算的。
這些操作是數學技巧，這些數學技巧如何起作用的？簡單來說，可以將這種數學操作視為如打開一個箱子的「鑰匙」，從而使我們能夠打開這個箱子、解鎖波函數，得到「可觀察的對象」。如果要得到電子的動量，則需要通過使用「動量鑰匙」打開箱以得到電子的動量。不同的可觀察對象值可以用不同的鑰匙。
粒子真的像波嗎？
如果電子的行為像波，那麼，它們會被衍射嗎？如果我們將電子束並排穿過兩條縫，我們會在遠處的屏幕上看到幹涉條紋嗎？如果我們限制電子束的強度，以致平均一次只有一個電子通過狹縫，該怎麼辦？然後怎樣？
首先我們看到的是令人欣慰的結果。每個穿過狹縫的電子在屏幕上都記錄為一個點，告訴我們「電子撞擊到這裡」。這與電子作為粒子的概念完全一致，因為看起來它們像一個一個地通過一個或另一條縫，並以看似隨機的方式撞擊屏幕。
但是，這個看似隨機的被撞擊的屏幕又具有一定模式：隨著越來越多的電子通過狹縫，我們開始看到各個點組合在一起、重疊和合併。最終，得到了一個由亮條紋和暗條紋這兩種條紋組成的交替的幹涉圖案。
也許，我們可以得出結論，電子的波特性是一種固有的行為。每個單獨的電子都表現為一個波，由波函數描述，它同時穿過兩條縫並在撞擊屏幕之前對其自身產生幹擾。
問題是，粒子可以同時在兩個地方嗎？如何精確地知道下一個電子將出現在哪裡？
粒子可以同時在兩個地方嗎？
薛丁格曾想將波函數真正地解釋為「物質波」的理論表示。但是為了使單個電子的幹涉成立，必須尋求另一種解釋，這種解釋於1926年晚些時候由德國理論物理學家玻恩提出。
玻恩認為，在量子力學中，波函數的平方是對在特定位置「找到」其相關電子的概率的度量。
電子波的波峰和波谷的交替轉化為了量子概率模式：在變為亮條紋的位置，找到下一個電子的可能性更高；而在變為暗條紋的位置，找到下一個電子的可能性較小。
在電子撞擊屏幕之前，很可能會發現波函數的平方都大於零的電子：「在這裡」、「在那裡」、或「在任何地方」。許多具有這樣可能概率的狀態都同時在一起存在，稱為「量子疊加」。
這是否意味著單個電子同時可以位於一個以上的位置？不是的。可以說，每次有可能在多個地方發現它。如果我們想將波函數解釋為真實的物理事物，則可以感覺到它是非定域性的，這種非定域性有時也稱為不確定性。
但是，如果通過這樣的「單個電子」將電子稱為粒子，則存在一種感覺，在這種情況下，直到波函數與屏幕相互作用，在這個作用點「塌縮」，電子僅在一個地方出現在了「這裡」。
量子力學中的概率
投擲一個硬幣有50％的概率落在「正面」或「反面」，只是我們不能預測它將具體落在哪一個面上，這是基於無法知道所導致的經典概率的概念。
硬幣在空中旋轉時，仍然會具有正面和反面的兩個側面，但是我們不知道其運動的確切細節，所以無法確定最終哪個面朝上。從理論上講，如果我們確切地知道硬幣運動有關所有細節，就會預測它將落在哪一面。
概率在量子力學中很重要，但是量子概率與經典概率不同。當拋擲一枚量子硬幣時，可以對它的運動的許多細節都非常了解，但是我們不能假定在這個硬幣落定之前是「正面」或「反面」，需要觀察。
因此，擁有多少有關量子概率的信息並不重要，仍永遠無法確定結果將是什麼，因為它不是像經典概率那樣如掌握充足信息可能預先確定。
愛因斯坦完全不贊成量子力學這種看起來偶然、不確定的元素與概念，他為此著名地宣稱：「上帝不玩骰子」。
這場論戰到如今還在延續著。量子力學所提出的基本問題如：波函數是什麼？應該如何解釋？量子力學告訴我們關於物理現實的本質是什麼？歸根結底，什麼是真實？等。這些重要而基礎的問題還有待於進一步探索，科學家和哲學家們也在不斷地探索之中。如果有那麼一天這些基礎問題得到了解決，量子力學就不會再使人感到深奧與神秘。
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