求問各位物理大佬怎麼簡單地解釋一下量子力學？
本人是一位起點的作者，最近要開新書，類型是科幻，背景故事已經設定好了，但主角的能力還未想好，初步想法是和量子力學有關，不會太過深究，就是一些淺顯的知識，畢竟科幻雖然帶個幻子，可真材實料還是要點的，現在的問題就是本人小學沒畢業就出國了，物理壓根就沒學好，百度百科上的也看不懂，你們能幫我簡略一下嗎？
以前在小時百科上寫過一個科普級的量子力學簡介，盡量不涉及數學， 由於轉載後的排版和鏈接問題，強烈建議閱讀原文。
量子力學 - 小時百科?wuli.wiki
預備知識 動量和能量
我們試圖在科普部分以通俗易懂的語言簡單介紹量子力學的基本假設，有了這些基本假設，一切其他結論都可以被推導出來．注意這裡介紹的是非相對論量子力學，只適用於低速微觀粒子．另外量子力學中有不同的詮釋，本書使用常見的哥本哈根詮釋．
波函數
這裡只討論一維的情況，即粒子沿直線運動．經典力學中用位置關於時間的函數 描述一個粒子的運動，而量子力學中用波函數描述．波函數是一個關於位置和時間的函數，一般記為
，例如一條緊繃的橡皮繩（或弦）上的波動，繩子的高度
是關於位置
和時間
的函數1．某個位置振動的幅度的平方就是粒子在這個位置出現的概率1．經典力學中，給出粒子初始的位置和速度和勢能，它將按照牛頓第二定律運動．量子力學中，給出粒子的初始波函數，波函數將按照含時薛定諤方程變化，把勢能和某個時刻的波函數代入薛定諤方程，就可以解出任意時刻的波函數（這類方程並不是數的方程，而是函數的方程，所以解出的是函數，而不是數）．薛定諤方程是量子力學的公設之一，就像牛頓三定律是牛頓力學的公設．
量子力學用波函數表示粒子的狀態是因為許多實驗發現微觀粒子（如電子，質子，中子）在運動時具有一些經典物理中波的性質（例如聲波，水波，光波），這就是著名的波粒二象性．
1.^波函數和繩子的運動方式相似但不完全相同
2.^量子力學中的波函數的值可以是複數，粒子出現在某點的概率是複數模長的平方．這裡為了簡單暫時使用實數，可以看做是複數的實部
波包
即使粒子的位置一般不能精確確定，我們往往也能確定其大致範圍（例如實驗物理學家往往知道某粒子在實驗室而不在月球），所以波函數往往只有在一定範圍內不為零（我們只能在一定空間範圍內測到檢測到粒子）．將振幅關於位置的函數畫出來，其形狀往往像一個包（越靠近中間，檢測到粒子的概率越大），我們稱為波包（圖 1 ）．
自由粒子
先看不受力的粒子（叫自由粒子），在經典力學中，粒子不受力時靜止或者做勻速運動．量子力學中，若粒子不受力（勢能處處為常數）且初始時波函數為波包且具有初速度，波包中心就會勻速運動，但同時波包會擴散（越變越寬，越變越矮）．想像一根緊繃的繩子的一端突然迅速上下抖了幾下又停下來，那麼將產生一個波包將從繩的一段傳到另一端（不同的是繩子上的波包形狀不會變化）．如果波包開始是靜止，那麼波包只會在原地擴散（這也與繩子的運動方式不同）1．
當我們回到宏觀中，波包的大小就可以忽略不計，把波包近似成質點，那波包的位置就是質點的位置，速度就是質點的速度，這樣就得到了勻速運動的宏觀質點．
一維勢能
以下通過幾個例子來定性說明在一些特定勢能曲線下粒子如何運動（即非自由粒子）．
散射
經典力學中，若粒子勻速入射到如圖 3 所示的勢能 （叫做勢壘）上，如果粒子的初始動能小於勢壘的最大值，則粒子將會原路返回，若粒子初始動能大於勢壘的最大值，則粒子將繼續前進．在量子力學中，無論波包以什麼初速度入射，波包都會被分為兩個不同方向運動的波包，但兩個波包的相對大小取決於初始波包的形狀和動能．定性來說，入射波包的能量越大，粒子就越有可能穿過勢壘，所以向右運動的波包就相對越大．反之，如果入射波包的能量越小，粒子就越有可能被反彈，所以向左運動的波包就越大．
這個問題中最不可思議的地方在於當粒子的初始動能小於勢壘的最大值時，它仍會有一定的概率穿過勢壘，這在經典力學中時不可能的．顧名思義，我們把這種量子力學中特有的現象叫做隧道效應．隧道效應帶給我們的一個顯而易見的疑惑是：如果我們在勢壘內部檢測到粒子，那它的動能豈不是小於零？如果再求速度或動量（需要開方），豈不是會得到虛數？毫無疑問，虛數是沒有物理意義的，但思考一下可以發現在這個問題隱藏了一個假設就是我們可以同時準確地測量粒子的位置和動能，也就是同時準確測量位置和動量．而根據下面將要介紹的不確定性原理，這是不可能的．
定性來說，粒子進入或穿過勢壘的概率與兩個因素有關：勢壘的高度和寬度．勢壘比動能大得越多，概率就越小，勢壘越寬，概率也越小（波函數的振幅呈指數下降）．
有限深勢阱
經典力學中的有限深勢阱見 「動量和能量」．在量子力學中，被困在勢阱中的波包在有限深勢阱中同樣一邊來回碰撞一邊擴散．但由於隧道效應，波函數會稍微滲透到勢阱的外部
對經典的粒子（經典力學中的粒子）來說，當粒子被困在勢阱內時，兩種勢阱帶來的效果是一樣的．
波的疊加
為什麼要用波函數來描述粒子？因為波的一個重要特點就是可以疊加．如果一個波包 是薛定諤方程的解，且另一個波包
也是薛定諤方程的解，那這兩個波包疊加（即把兩個波函數相加）後
仍然是薛定諤方程的解．例如，兩個不同方向運動的波包相遇然後遠離．注意這裡兩個波包並不代表兩個粒子，而是代表一個粒子有可能在一個波包的位置被觀測到也有可能在另一個波包的位置被觀測到．
另一個關於波的可疊加性的經典實驗就是雙縫干涉，當兩個點狀波源各自發出相同頻率的圓形波時，在遠處放一個觀測屏，就可以觀測到干涉條紋（見圖 4 和圖 5 ）．這類干涉現象在量子物理被發現很久以前就已經有了詳細的研究．然而當物質波的概念提出後，物理學家竟然也觀測到了微觀粒子產生的干涉（如電子的雙縫干涉），進而產生了類似波函數和波動方程（即薛定諤方程）這類的數學工具．
能量本徵態
在經典力學中，要測量一個粒子的能量，我們只需要先觀測其速度，則能量等於動能（）加上該位置的勢能．量子力學中，測量波包的能量會得到什麼結果呢？這時候我們需要薛定諤方程的另一個用途：對某個勢能，我們能解出一些（往往是無窮多個）特殊的波函數，稱為能量的本徵函數或者本徵態．這些波函數特殊在哪裡呢？一般來說，我們對一個粒子測某個物理量（位置，動量，能量），測得的值都是不確定的（這與儀器的誤差無關，而是本質上的不確定），但如果粒子的波函數恰好是一個能量本徵態，那麼測量其能量會得到唯一確定的值（先不討論用什麼方法測）叫能量的本徵值．每個本徵態對應唯一一個本徵值．
要測量任意波包（波函數）的能量，我們可以想辦法用不同的能量本徵態疊加來湊出所需波函數，例如第一個本徵態乘以常數 加上第二個本徵態乘以常數
等，這叫波函數的線性疊加．如果對這個波包測量能量，測到第
個能量本徵值的概率等於
（之前提到波函數一般是複數，這裡的係數事實上也同樣是複數，而這裡的絕對值符號代表複數的模長）．也就是說，某個能量本徵態佔總波函數的比例越多，越有可能測出對應的能量本徵值．
測量理論
我們介紹量子力學的另一組重要公設：這裡將其統稱為測量理論．這裡的測量是一個抽象的概念，我們先不討論用什麼儀器進行測量，也不討論現實中這種測量可不可行，只是假設存在 「 測量某個物理量」 這種操作．
上面介紹的能量測量的步驟就是測量理論的一個特例．量子力學中的任何物理量的測量都可以由類似的方法求出，只是不同的物理量都有各自的一組本徵態，可以通過物理量對應的本徵方程求出．以下我們先不討論如何列出本徵方程以及解出本徵態，而是直接給出本徵態．如果要對一個粒子測量某物理量，就先計算出這個物理量的各個本徵態，再計算它們占波包的比例 ，測量到第
個本徵值的可能性就是
．
這裡有一個條件是任何可能存在的波包都可以由任何測量量的本徵態疊加而成，這叫做本徵態的完備性．
例 1 位置和動量的本徵態
位置的本徵態是一個無窮窄無限高的波包，稱為
動量的本徵態是一個無限長的波，即某個頻率的 
注意圖中畫出的是波動關於位置
測量改變粒子狀態
在經典力學中，我們完全可以假設測量不會對粒子的狀態產生影響（例如給粒子拍照不會改變它的運動狀態）．而在量子力學中，由於考慮的粒子質量非常小，測量會不可避免地改變粒子的狀態．
測量理論假設，在對某個物理量進行測量後，如果得到第 個本徵值，粒子的狀態會立即坍縮為這個本徵值對應的本徵態，然後繼續按照薛定諤方程演化．
那麼我們應該如何理解測到某個本徵值的概率 呢？這裡顯然不是指對處於某狀態的粒子連續測量
次，就大概有
次會測到本徵值．因為由於測量帶來的坍縮，只有第一次測量的概率是
，之後由於波函數會坍縮到第
個本徵態並繼續按薛定諤方程繼續演化，再次測量時，我們就要根據新的波函數重新計算每個
，而不是使用第一次測量前波函數．
正確的理解應該是，如果我們有 個處於同樣狀態（具有相同波函數）的相同粒子，對這些粒子進行測量，大概會有
個次測量得到第
個本徵值．或者是，我們把同一個粒子測量
次，但每次測量後都進行某種操作，將其恢復到測量前的狀態，再進行下一次測量．
這就意味著，除非粒子在測量前就已經處於該本徵態，測量操作必定會改變粒子的狀態．例如粒子的波函數如為圖 1 中的波包，當我們測量其位置，如果得到的值為 ，那麼波函數將會馬上變為
處的一個無限窄的波包（
函數）．
連續本徵值與離散本徵值
上面我們提到一個物理量往往有無窮多個本徵波函數．一些情況下我們求出的本徵波函數對應的值是不連續的（如無限深勢阱中的能量本徵態），而另一些情況下則是連續的（如位置和動量的本徵值總是連續的，即它們可以取任意實數）．經典物理世界中這些物理量都是連續的，而量子中的物理量會出現離散的情況，這就是量子這個詞的來源（表示一份一份的）．
離散本徵值的情況在數學上是容易處理的，我們上面使用的符號 就是假設了本徵值是離散的（因為這裡
是整數），連續的情況有類似的理解，但數學形式有所不同（比如求和變為積分）．我們這裡再舉一個例子．
現在，如果我們對處於 態的粒子測量
方向的角動量，根據測量理論中對本徵態的定義，得到的只可能是其對應的本徵值
．同理，如果對
態的粒子測量
方向的角動量，只可能得到
．
薛定諤的貓
注意我們在測量理論中並沒有指明什麼樣的事件會構成測量．還是用上面的例子，假設一個粒子的波函數是兩個反方向運動的波包，且兩個波包的形狀相同．我們在一個方向放一個屏幕用於測量位置，檢測到粒子後，屏幕會發光．那麼根據測量理論，這個粒子有 的概率會落到屏幕上（朝著屏幕方向運動的波包）．按照通常的理解，這似乎就對粒子構成了測量．
但是這並不嚴謹，因為屏幕也是由微觀粒子（質子，電子等）構成的，也可以由波函數描述．如果將屏幕與粒子作為考察的系統，我們可以用一個多粒子的波函數來描述這整個系統（多粒子的波函數這裡作不介紹）．當一個波包傳播到屏幕的位置時，波函數描述下的屏幕的也變為包含發光的本徵態與不發光的本徵態的疊加，正如粒子的初始狀態是向左傳播的波函數和向右傳播的波函數的疊加．
如果假設 「人眼看屏幕」 這個操作對屏幕的波函數進行了測量，那麼只有當實驗者去看屏幕的瞬間，波函數才會坍縮到屏幕發光或不發光的本徵態．
這個論述可以一直進行下去，人眼也是由微觀粒子構成的，那麼如果也納入考察的系統（用波函數描述），那人眼的狀態就會是 「看到發光屏幕的人眼」 和 「沒有看到發光屏幕」 的人眼這兩種本徵態的疊加，直到人腦對人眼進行測量後才會得到確定的結果．實驗者最終也會處於 「看到發光屏幕的人」 和 「沒看到發光屏幕的人」 這兩種本徵態的疊加態．
薛定諤的貓就是這類佯謬中的一個具體例子．在這個假想實驗中，一瓶放射性物質旁邊放有一個粒子檢測器（蓋革計數器），當檢測器檢測到放射性出的粒子時，就會觸發一個釋放毒藥的開關，將箱子里的貓毒死．由於放射出的粒子是由波函數描述的，對這個實驗的理解取決於這一系列過程中的哪一步構成測量．如果我們認為檢測器對放射粒子構成了測量，那麼從測量到結果的那一刻，一切都是確定的，也就不存在佯謬．但如果我們認為只有當人打開箱子看到貓的那一刻才構成測量，那麼在打開箱子前貓都處於死和活兩個本徵態的疊加態．更不可思議的理解是，根本不存在測量，當人打開箱子檢查後，人也成了 「看到活貓」 的人和 「看到死貓」 的人的疊加態．
關於什麼構成測量這個問題至今仍然沒有公認的解釋，但在現實中研究者往往假設測量儀器對粒子構成了測量1，且得到了實驗與計算的高度吻合．
不確定性原理
首先注意不確定原理並不是量子力學的基本假設，而是從測量理論推導出的一些結論．最常見的一個不確定性原理說的是，我們無法既準確測量粒子的位置又準確測量粒子的動量，還有一種指的是無法既準確測量能量又準確測量時間．這裡只討論前者．
對不確定原理的一個理解是，我們準備許多處於相同狀態的粒子，將其分為兩組，第一組測量位置，第二組測量動量．然後計算所有測得位置的不確定度（例如標準差），以及所有測得動量的不確定度
．然後我們會發現，無論初始時粒子處於什麼狀態，二者的乘積
總會大於一個常數．
上文提到位置的本徵態是一個 函數，對應本徵值為該波包的位置（坐標）．動量的本徵態恰恰相反，是平面波．動量的本徵值為平面波的空間頻率乘以一個常數．如果粒子的波包很窄（但不是無限窄），那麼要測量位置，我們只需要使用波包中心附近的一些
函數就可以疊加出待測的波包，所以測量結果也只可能離波包中心較近．但在測量動量時，由於這個波包和平面波一點都不像，我們需要許多不同頻率的平面波疊加才能得到這個波包（為什麼無限長的平面波相加能得到有限長的波包？這是數學上一個非常有趣的結果，叫做傅里葉變換）．
另一種情況是，如果波包很長但不是無限長（想像繩子的一段連續上下抖了許多下才停下來），那麼將波包看起來與某個頻率的平面波十分相似．在測量位置時，我們需要將許多不同坐標的位置本徵函數疊加得到波包，那測得的坐標就可能在很大的範圍內出現．而測量動量時，我們只需要使用某個頻率附近的一些平面波，所以測得的動量（與頻率成正比）也都很接近中心頻率對應的動量．
對不確定性原理的另一種理解來自測量理論中的波函數坍縮．假設我們先對處於某個狀態的粒子準確地測量位置，那麼根據測量理論，無論測到什麼值，測量完後波函數都會坍縮為該位置的本徵態，即 函數．如果這時再馬上測量動量，我們測到的就不是粒子原來狀態的動量了，所以即使測到一個精確的動量值也並沒有意義．反之如果我們先精確地測量某狀態下的粒子的動量，那麼測量完後波函數將會坍縮為某空間頻率的平面波，再馬上測量其位置，得到的值也同樣沒有意義了．
事實上對不確定性原理的這種理解對任何兩個本徵函數不相同的物理量都適用，因為當測量完第一個物理量後，波函數發生坍縮，再測量第二個物理量就沒有意義了．但幸運的是有一些物理量有一組相同的本徵函數（例如動量和動能的本徵函數都是平面波），這樣我們只需要測量其中一個，無需再次測量就可以直接計算出另一個物理量的值．
不解釋＝解釋
這種問題很招民科的
古早的quantum mechanics涉及光譜、光波、電子、普朗克常量、化學元素軌道，量子糾纏，電子應用上有二極體、微處理器、射頻射波，問題是你想寫啥？
別想了，你再怎麼了解，也不可能寫出像點樣的東西。
建議找一個學物理的研究生，讓他給你寫。讓後你可以在他寫的內容基礎上，修改成你需要的形式。然後還要他來確認，你沒有改得太荒唐。
如果你能這麼簡單地了解量子力學，那些物理系學生都應該向你學習了。
不是我說話太絕對。你可以去問那些學生，這麼好的事誰不想？
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