量子力學(xué)(Quantum Mechanics)是研究微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)分支學(xué)科,它主要研究原子、分子、凝聚態(tài)物質(zhì),以及原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的基礎(chǔ)理論,它與相對(duì)論一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ).量子力學(xué)不僅是近代物理學(xué)的基礎(chǔ)理論之一,而且在化學(xué)等有關(guān)學(xué)科和許多近代技術(shù)中也得到了廣泛的應(yīng)用.量子力學(xué)表明,微觀物理實(shí)在既不是波也不是粒子,真正的實(shí)在是量子態(tài).它不允許把世界看成由彼此分離的、獨(dú)立的部分組成的.關(guān)于遠(yuǎn)隔粒子關(guān)聯(lián)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論,也定量地支持了量子態(tài)不可分離 .不確定性指經(jīng)濟(jì)行為者在事先不能準(zhǔn)確地知道自己的某種決策的結(jié)果.或者說(shuō),只要經(jīng)濟(jì)行為者的一種決策的可能結(jié)果不止一種,就會(huì)產(chǎn)生不確定性.
應(yīng)用
在許多現(xiàn)代技術(shù)裝備中量子物理學(xué)的效應(yīng)起了重要的作用.從激光、電子顯微鏡、原子鐘到核磁共振的醫(yī)學(xué)圖像顯示裝置全部依靠量子力學(xué)的原理和效應(yīng).對(duì)半導(dǎo)體的研究導(dǎo)致了二極管和三極管的發(fā)明,最后為現(xiàn)代的電子工業(yè)鋪平了道路.在核武器的發(fā)明過(guò)程中量子力學(xué)的概念也起了一個(gè)關(guān)鍵的作用.
在上述這些發(fā)明創(chuàng)造中量子力學(xué)的概念和數(shù)學(xué)描述往往很少直接起了一個(gè)作用,而是固體物理學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)或者核物理學(xué)的概念和規(guī)則起了主要作用,但是在所有這些學(xué)科中量子力學(xué)均是其基礎(chǔ),這些學(xué)科的基本理論全部是建立在量子力學(xué)之上的.
以下僅能列舉出一些最顯著的量子力學(xué)的應(yīng)用,而且這些列出的例子肯定也非常不完全,實(shí)際上在現(xiàn)代的技術(shù)中量子力學(xué)無(wú)處不在.
原子物理和化學(xué)
任何物質(zhì)的化學(xué)特性均是由其原子和分子的電子結(jié)構(gòu)所決定的.通過(guò)解包括了所有相關(guān)的原子核和電子的多粒子薛定諤方程可以計(jì)算出該原子或分子的電子結(jié)構(gòu).在實(shí)踐中人們認(rèn)識(shí)到要計(jì)算這樣的方程實(shí)在太復(fù)雜,而且在許多情況下只要使用簡(jiǎn)化的模型和規(guī)則就足以確定物質(zhì)的化學(xué)特性了.在建立這樣的簡(jiǎn)化的模型中量子力學(xué)起了一個(gè)非常重要的作用.
一個(gè)在化學(xué)中非常常用的模型是原子軌道.在這個(gè)模型中分子中電子的多粒子狀態(tài)通過(guò)將每個(gè)原子的電子單粒子狀態(tài)加到一起形成.這個(gè)模型包含著許多不同的近似（比如忽略電子之間的排斥力、電子運(yùn)動(dòng)與原子核運(yùn)動(dòng)脫離等等）,但是它可以近似地、準(zhǔn)確地描寫原子的能量極.除比較簡(jiǎn)單的計(jì)算過(guò)程外這個(gè)模型還可以直覺(jué)地給出電子排布以及軌道的圖像描述.
通過(guò)原子軌道人們可以使用非常簡(jiǎn)單的原則（洪德定則）來(lái)區(qū)分電子排布.化學(xué)穩(wěn)定性的規(guī)則（八隅律、幻數(shù)）也很容易從這個(gè)量子力學(xué)模型中推導(dǎo)出來(lái).
通過(guò)將數(shù)個(gè)原子軌道加在一起可以將這個(gè)模型擴(kuò)展為分子軌道.由于分子一般不是球?qū)ΨQ的,因此這個(gè)計(jì)算要比原子軌道要復(fù)雜得多.理論化學(xué)中的分支量子化學(xué)和計(jì)算機(jī)化學(xué)是專門使用近似的薛定諤方程計(jì)算復(fù)雜的分子的結(jié)構(gòu)及其化學(xué)特性的學(xué)科.
核物理
核殼層模型
隧道效應(yīng)
固體物理學(xué)
為什么金剛石硬、脆和透明,而同樣由碳組成的石墨卻軟而不透明?為什么金屬導(dǎo)熱、導(dǎo)電,有金屬光澤?發(fā)光二極管、二極管和三極管的工作原理是什么?鐵為什么有鐵磁性?超導(dǎo)的原理是什么?
以上這些例子可以使人想象出固體物理有多么多樣性.事實(shí)上凝聚態(tài)物理學(xué)是物理學(xué)中最大的分支.
事實(shí)上所有凝聚態(tài)物理學(xué)中的現(xiàn)象從微觀角度上都只有通過(guò)量子力學(xué)才能正確地被解釋.使用經(jīng)典物理頂多只能從表面上和現(xiàn)象上提出一定的解釋.
以下列出了一些量子效應(yīng)特別是強(qiáng)的現(xiàn)象：
晶格現(xiàn)象：音子、熱傳導(dǎo)
靜電現(xiàn)象：鐵電性、壓電效應(yīng)
電導(dǎo)：絕緣體、導(dǎo)體、半導(dǎo)體、電導(dǎo)、能帶結(jié)構(gòu)、帶隙、p-n結(jié)、近藤效應(yīng)、等離體子、量子霍爾效應(yīng)、超導(dǎo)現(xiàn)象、約瑟夫遜效應(yīng)、維格納晶體
熱電效應(yīng)：熱電性
磁性：鐵磁性、磁量子、自旋玻璃態(tài)
低溫態(tài)：玻色-愛(ài)因斯坦凝聚、超流體、超固體、費(fèi)米子凝聚態(tài)
維效應(yīng)：量子線、自旋密度波、量子點(diǎn)
量子信息學(xué)
目前研究的焦點(diǎn)在于一個(gè)可靠的、處理量子狀態(tài)的方法.由于量子狀態(tài)可以疊加的特性理論上量子計(jì)算機(jī)可以高度平行運(yùn)算,它可以應(yīng)用在密碼學(xué)中.理論上量子密碼術(shù)可以產(chǎn)生完全可靠的密碼,但是實(shí)際上目前這個(gè)技術(shù)還非常不可靠.另一個(gè)當(dāng)前的研究項(xiàng)目是將量子狀態(tài)傳送到遠(yuǎn)處的量子隱形傳送.