量子力學具有非常光明的前景，可以推動我們進入一個計算速度更快的未來，理解新的粒子，甚至可能推翻光速理論。
儘管許多科普作者經常誇口能在幾天甚至幾分鐘內把量子物理講明白，但重要的是要明白量子物理不是一門單一的學科。這就像說「可以在一天內把所有的牛頓力學都學會。」這是不可能的，因為牛頓力學涉及範圍之廣是難以想像的，它是所有經典力學的基礎。
今天，我將介紹量子力學最基本的部分。
原子的玻爾結構
圖1.1是原子的玻爾結構。雖然這個模型不準確，但它很好地描述了氫原子結構。觀察給定的圖後，可以看到關于波爾結構原子的一些基本信息。如圖1.1所示，玻爾模型顯示了中心的原子核，電子以固定的軌道運行。軌道是圓形的，編號從1開始。每個軌道都有其特定的能級，當我們離原子核越遠，能級就越高。我們可以簡單地定義為低能量的電子離原子核更近，而離原子核更遠的電子具有更高的能量。
把電子想像成公交車上的乘客，而公交車只在特定的車站停，而不能在兩個站點之間停車。
這裡公交車就相當於電子接收到的能量，公交站就相當於電子軌道，因此量子所能接受到的能量不是連續的，而是離散的。
電磁輻射
帶電體在磁場中的振蕩產生電磁輻射。粒子的運動必須與磁場和電場成直角。所以當電磁波移動時，我們可以說它們與電場和磁場成直角運動。電磁輻射可以在沒有任何介質的情況下以光速傳播。它被分為無線電波、微波、紅外、可見光譜、紫外光譜、x射線和伽瑪射線（圖1.3）。
光譜
既然我們已經了解了電子軌道和電磁波，我們就可以看看量子力學的真實面貌了。
由於軌道是離散的，我們可以認為，當給予額外能量時，電子會跳過x個軌道，這取決於給定的能量。然而，電子不會接受任何大小的能量。它只接受從一個軌道跳躍到另一個軌道所需的能量。
假設你有一把能量槍。如果你想發射高能量，你會發射介於伽馬和紫外線之間的射線。如果你想發射低能量的，你會發射介於紅外線和無線電波之間的東西。你的任務是向電子發射能量，把它們從一個軌道轉移到另一個軌道。很明顯，你必須給電子特定的能量讓它們從一個軌道移動到另一個軌道。如果你給得太多或太少，它都不會移動。
還記得我說過電子只接受一定的能量嗎？這裡有一個很好的例子圖1.4的模擬顯示了電子受到可見光譜的影響。它只吸收橙色的光，所以它發出橙色的光。
圖1.4可見光的發射和吸收
我們可以通過觀察我們正在試驗的元素、分子或化合物的光譜線（圖1.5）來查看哪個波長被發射或吸收。下面是氫暴露在可見光下的光譜線。這是一個完整的光譜。有了它，我們可以識別化合物，弄清楚它的結構、化學鍵和化學組成。
以氫作為我們的「測試原子」，我們可以研究一些關於光譜線的東西。當電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時發出的光的波長由下面方程給出：
這裡，Z是原子數，n_1是起始電子層序列，n_2是結束電子層序列，R是裡德伯常數。
根據它從哪層跳躍到哪層，觀察到不同的波長（圖1.5）。
光電效應
研究人員用光子撞擊某些金屬，這些金屬會發出電子。當光子的能量超過金屬中電子所能吸收的閾值能量時，它們就會被噴射出去。
因此我們可以得出：
所以在某種意義上，光子和電子之間存在彈性碰撞。能量守恆是嚴格意義上的類粒子行為。這不能用光的波動特性來解釋。
光的波粒二象性
碰撞中的能量守恆是類粒子的行為。
然而，這迴避了一個問題：「所有的東西都同時具有粒子和波的特性嗎?」讓我們用能量槍來解釋。
假設在能量槍上安裝了一個新部件，可以發射網球和電子。你被放在一個有兩條縫的障礙物前面。在障礙物後面，有一堵特殊的牆，可以檢測電子或網球落在哪裡。首先，你用網球射擊。你認為在你射擊完所有的網球後屏幕會是什麼樣子？你一定在想像類似圖1.6的東西。
那麼電子呢？在你發射了所有的電子之後屏幕會是什麼樣子？雖然我們期望的是一樣的，但事實並非如此。
如圖1.7所示，形成幹涉圖。這是波的特性。幹涉是波的疊加和相互抵消。
當具有相同符號的波（在圖1.8中均為正）相互碰撞時，它們將變成較大的波，然後繼續前進。當具有相反符號的波相互碰到時，它們會相互抵消（圖1.9）。
我們仍然很難理解這種模式是如何形成的，假設電子是一系列波（圖2.1）。
波撞擊裂縫，變成半圓形，並在某些點發生幹涉。當存在相長幹涉時，在屏面上形成一個帶。然而，在沒有帶的地方，就有相消幹涉。
所以電子可以像波一樣運動。
現在，這種粒子波二象性需要一個新的公式來結合這兩種觀點，並證明一些東西，比如電子，可以有質量和波長。德布羅意公式給出了質量和波長之間的關係，從而鞏固了波粒二象性的概念。
這個公式告訴我們所有的物質都具有波的性質。那麼為什麼沒有波長呢？為什麼我們在計算速度或位移時不使用波長?
因為物體質量越大，波長就越小。對於像網球、人或狗這樣大的物體，波長並不重要，因為它們太微不足道了。
結論
粒子可以像波一樣運動，反之亦然，這一想法開啟了我們現在所知的量子力學領域。雖然還有很多，但我們已經了解了基本的思想。因此，如果你進一步了解量子領域，你還有很長的路要 走。