經典力學有著悠久的歷史，它的概念隨著時間的推移而不斷完善，它對我們宏觀世界的描述也趨于完美。 從過去的日常生產生活來看，經典力學完全足夠，而且好用。 但隨著科學技術的發展，當我們嘗試性地探索物質內部的微觀結構時，我們會發現經典力學得出的結果是完全錯誤的（不僅僅是精度上的缺陷）。 這時候就需要發現一種適用于原子尺度的新理論，這就是量子力學。 縱觀科學史，沒有任何理論是憑空捏造的，或者是由一個或幾個聰明人創造的。 量子力學也是如此。 從宏觀世界到微觀世界，必須有一個過渡的東西作為橋梁。 所以我們會發現，一些熟悉的經典概念，比如動量、能量、角動量、軌道等，仍然會出現在量子力學中，只不過我們賦予了它們新的含義。 有人將量子力學比作孩子，將經典力學比作母親。 然而，量子力學和經典力學之間的關系就像一個臍帶未割、拖著母親到處走的怪物。 臍帶沒有被剪斷意味著它與經典力學無法分離，而說它是到處行走的怪物意味著量子力學體系并不完善，還存在一些基礎理論問題（例如波函數塌縮）這個問題至今尚未解決，但人們已經將它應用到現代生活的各個方面（尤其是高科技技術和前沿理論），并且相當有效。 它已成為與相對論并列的現代科學的兩大支柱。 此外，經典力學在宏觀世界中的有效性證明了量子力學是一門“精細”的科學。 隨著尺度逐漸擴大，量子力學將回歸經典力學。 換句話說，經典力學是量子力學的宏觀近似。
我們接著說經典力學遇到的難以克服的困難。
1、原子穩定性問題。
從高中化學知識我們可以知道，化學反應無非就是原子的分離與結合以及電子的轉移。 不同物質的物理和化學性質不同，主要是由于組成它們的原子的種類、數量和組合不同。 也就是說，只有原子穩定，其所組成的宏觀物質才穩定，具有穩定的性質。 實驗表明原子具有結構。 湯姆森（電子的發現者）于 1904 年提出了“葡萄干布丁”模型，其中電子像布丁中的葡萄干一樣嵌入正電荷球中（但不是靜態“嵌入”）。 后來，盧瑟福（）用α粒子轟擊金箔，根據實驗結果推導出“行星”模型，即電子像行星繞太陽一樣繞著原子核旋轉。 由于實驗支持，這是一個被廣泛接受的模型。 但有一個嚴重的問題，那就是加速的電子肯定會向外輻射能量，這是經典電動力學的必然結果。 “隨著時間的推移”（實際上只有 10^{-9}sim10^{-12} s），電子就會落入原子核并中和它。 然后原子不復存在，一切也不復存在。
2.氫原子的光譜（）問題。
光譜是光的頻率成分與強度分布之間關系的圖。 光譜是用光譜儀（由光源、光譜儀和記錄儀組成）測量的。 不同的光源發出不同的光并具有不同的光譜。 氫的光譜如下所示：
一個明顯的特點是，圖片上只有一些分離的譜線，即氫原子只能發出一些特定頻率的光，而不是隨機連續的。 氫原子光譜的所有譜線都可以通過稱為里德堡-里茲公式（-Ritz）的經驗公式來描述：
tilde{nu}=R_H(frac{1}{n^2}-frac{1}{n^{}}) ,
其中，R_H稱為里德堡常數，是一個經驗常數，n和n^prime的取值范圍為正整數，且n < n^prime。 圖中右上角萊曼系統的譜線為n=1, n^prime=2,3,4...，萊曼就是這些譜線的發現者。 那么，現在我們有了實驗數據和公式量子物理公式意義大全，如何用理論來解釋呢？ 從經典理論中，我們找不到光譜不連續的原因，也無法為這個美麗簡潔的公式找到負責任的表述。
3、固體的比熱問題。
經典統計力學告訴我們量子物理公式意義大全，振動系統的比熱（將1公斤均質材料提升1K所需的熱量）與其自由度數有關。 每個自由度對應一定量的能量。 自由度越高，比熱越大。 然而實驗發現，在極低的溫度下，固體的比熱趨于0，這意味著沒有運動自由度。 但我們知道，即使原子在低溫下的熱振動可以忽略不計，原子也是由原子核和電子組成的。 那么它們的自由度在哪里影響比熱呢？
4.光電效應問題。 下圖是光電效應的實驗裝置圖：
A和K是真空中相隔一定距離的兩塊金屬板。 我們知道，在開路的情況下，中間沒有電流通過，電流表不會偏轉。 但實驗發現，當K板受到一定光線照射時，電流表發生輕微偏轉，這意味著電流從板中間通過，電子從K板跑到A板。 而且，這種現象還存在以下規律： 1）頻率低于一定閾值的光照射，無論光強（亮度）有多高，都不能產生電流； 2）頻率高于閾值的光照射可以在金屬板上產生電流。 產生電流，即使電流很弱。 在經典波力學理論中，波的振幅代表波的能量。 振幅越大，能量越大（光強度越強）。 因此，強光應該比弱光激發更多的電子，而不是受到光頻率的影響。 控制。 該實驗再次與經典理論相矛盾。
我們可以對原子的穩定性問題和線性光譜現象做一個簡單的初步解釋。 請看下圖。
網上搜索到的
圖中的長水平線代表氫原子系統的能量，即電子相對于原子核（本例中為質子）的結合能。 越往上走，能量就越高，就像一步步邁進，所以稱為一個能級（用n表示，其中n為1代表第一個能級，也就是最低的能級）。 垂直向下的彩色線意味著電子可以從較高能級“跳躍”到較低能級（稱為躍遷），即氫原子體系的能量變小。 損失的能量就是它發出的光。 氫原子因能級躍遷而發出的光的頻率是由圖中現代版本的里德伯-里茲公式決定的（見于中國百科全書第二版）。 括號外的里德伯常數現在是一些其他基本常數的組合（電子質量 m_e、電子電荷 e、真空極化率、普朗克常數 h、真空光速 c）。 括號內的內容沒有改變，但m和n（n>m）的取值范圍現在可以解釋為能級。 換句話說，要求兩個能級n_1和n_2之間躍遷時發出的光的頻率（n_1>n_2），只需將n和m分別替換為n_1和n_2即可。
這里，我利用了量子力學的結論（即氫原子的能級是離散的，它的能量只能取一些離散值，而不是任意連續的，高能級可以跳躍到低能級）來解釋 里德伯公式放棄了電子經典軌道連續運動的概念，那么穩定性問題自然就解決了。
對于固體比熱和光電效應，愛因斯坦分別用能量量子（）和引入光量子的概念進行了解釋。 我們在此不再詳細闡述。
量子概念的出現，意味著我們在探索物質內部結構的道路上必須打破“連續性”的經典概念。 除了這些實驗事實之外，狄拉克還談到了認識物質的哲學思想基礎，這也是經典理論中的概念所不具備的。
我們對材料研究的探索始終是從還原論的角度開始的（）。 當我們要研究一個“大”事物時，通常會拆解它或者弄清楚它包含哪些“小”事物，然后分別研究“小”事物的行為，從而推導出聚合體的行為。 但如何研究“小”事物的特性呢？ 我們必須進一步拆分它以獲得更小的組件。 “大”和“小”是相對的概念，這個“縮小”的過程是永無休止的。 因此，如果我們想要發現物質的終極結構，就必須對“大小”做出絕對的定義。
首先我們要確認一個事實：我們只能通過觀察來認識微觀的事物，而觀察必然會干擾事物。 于是我們有如下定義：當觀測對系統的干擾可以忽略不計時，認為系統“小”，當觀測對系統的干擾不能忽略時，認為系統“大”。 不過，在做出這樣的定義時，我們還必須考慮觀測方法，因為隨著技術的進步，我們總是可以使觀測帶來的干擾越來越小。 這樣，“大”和“小”又變得相對了。 因此，我們需要做一個額外的假設：觀測結果的準確性存在極限，并且這個極限不會因為實驗方法的創新和實驗工具的改進而降低。 因此，我們可以說，當我們的研究可以忽略這種極小的干擾時，系統絕對是“大”的，可以用經典方法來處理； 當它不能被忽視時，它絕對是“小”的，我們需要利用量子力學的理論體系來研究它。
因為在進行觀測時會存在干擾，而這種干擾無法準確得知，所以我們無法期望觀測結果與觀測前的狀態一致，也無法找到一個演化方程來準確描述它。 換句話說，我們無法預測觀察的結果。 但請不要灰心，因為觀察結果之間會存在一定的相對概率和其他特殊性質供我們研究。 當然，這是另一天的故事。
