量子力学/量子力学导论
在20世纪初之前，科学家们使用经典力学，或称牛顿物理学来描述我们今天所见到的宏观世界。问题是，到了20世纪，物理学家开始注意到，当我们深入到更小的尺度，也就是原子和键合的尺度时，经典力学不再适用，粒子也无法用他们所熟悉的规则和系统来描述。因此，人们迫切需要一个新的系统，能够准确地预测涉及埃级尺度物体的实验结果。发展新系统的目标不是取代经典力学，而是对其进行补充。事实上，新系统需要在扩展到足够大的尺度时“变成”经典力学。这个新系统被称为量子力学，而量子力学需要变成经典力学，反之亦然（取决于实验的尺度）的必要性，正式被称为对应原理。
关于量子力学，难以接受的一点是，在考虑像电子这样的粒子时，你不再能测量在经典力学中看起来微不足道的東西：位置。电子的位置无法精确地知道，你只能知道电子可能在某个地方的概率。与量子力学测量相关的这种不确定性在描述物体的系统中得到了说明。在量子力学中，给定系统的状态由一个波来描述。你想要从粒子中提取的所有信息都可以从波函数中提取出来。波函数的一个重要特征是叠加原理，它指出波函数可以写成多个波函数的线性组合。从概念上讲，这意味着状态函数等于所有可能状态概率的总和。例如，在电子的位置情况下，它的位置可以用它可能在的所有位置的可能性之和来描述。
在物理学中，可观测量是指你可以在系统中明确测量的任何东西，比如能量、位置、动量、速度等等。在经典力学中，这些可观测量可以同时知道，测量精度取决于用来进行测量的仪器。对量子力学系统进行测量相当于将叠加波函数系统坍缩到单个波函数。在量子力学的情况下，一次只能知道某些可观测量，有些可观测量永远不能同时知道。例如，量子力学系统中粒子的位置和动量不能同时知道。这是因为，如果你要测量位置，例如，然后测量动量，然后再测量位置，你将不会得到之前测量的位置值，这是因为测量动量扰动了系统，导致描述位置的波函数返回到其叠加状态。
经典地，人们观察到能量取决于强度（振幅）。这导致了紫外灾难，它描述了低波长下的黑体，预测发射的辐射将趋于无穷大。这并没有观察到；相反，人们通过实验发现，能量只能以与频率成正比的离散能量包的形式发射。
光电效应是指当光能照射到金属片时观察到的现象，即电子被射出。再次，经典的能量依赖于强度的信念没有在实验中得到观察。根据经典力学预测，射出电子的能量将取决于射向金属片的的光子的强度。然而，人们观察到，射出电子的动能与强度无关，而与光的频率有关。
经典地，人们观察到波在遇到小开口或障碍物时会发生衍射。在一个特定的波相关实验中，允许波在空间中传播，直到它遇到两个小缝，结果是可以很容易观察到的衍射图案。双缝衍射图案是通过实验观察到的，因为波的相消干涉和相长干涉。如果用粒子进行这个实验，逻辑上的假设是粒子会穿过其中一个缝隙。有趣的是，人们用电子（粒子）观察到了双缝衍射图案，这种图案看起来就像用波观察到的图案一样。结果表明，粒子必须同时穿过两个缝隙，就像波一样。事实证明，实际上是叠加波函数的成分发生了相互作用，导致了衍射图案。
在观察到的原子光谱的情况下，人们经典地认为原子中的电子会不断地损失能量，而光的频率会不断地增加。事实并非如此，相反，从原子中发射的光只能以离散能量包的形式发射，每个能量包都有自己的窄频率分布。
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- « 黑体辐射 » 在hyperphysics.edu上
- « 光电效应 » 在colorado.edu上
- « 双缝实验 » 在abyss.uoregon.edu上