雖然量子熱學(xué)是為描述遠(yuǎn)離我們的日常生活經(jīng)驗(yàn)的具象原子世界而成立的，但它對日常生活的影響無比巨大。沒有量子熱學(xué)作為工具，就不可能有物理、生物、醫(yī)學(xué)以及其他每一個關(guān)鍵學(xué)科的引人入勝的進(jìn)展。沒有量子熱學(xué)就沒有全球經(jīng)濟(jì)可言，由于作為量子熱學(xué)的產(chǎn)物的電子學(xué)革命將我們帶入了計算機(jī)時代。同時，光子學(xué)的革命也將我們帶入信息時代。量子化學(xué)的杰作改變了我們的世界量子物理有什么用，科學(xué)革命為這個世界帶來了的福音，也帶來了潛在的恐嚇。
其實(shí)用下邊的一段資料能最好地描述這個至關(guān)重要但又無法飄忽的理論的奇特地位：量子理論是科學(xué)史上能最精確地被實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的理論，是科學(xué)史上最成功的理論。量子熱學(xué)深深地困惑了它的創(chuàng)辦者，但是，直至它本質(zhì)上被敘述成通用方式的明天，一些科學(xué)界的精英們雖然承認(rèn)它強(qiáng)悍的威力，卻依然對它的基礎(chǔ)和基本探求不滿意。
馬克斯·普朗克（Max）提出量子概念100多年了，在他關(guān)于熱幅射的精典論文中，普朗克假設(shè)震動系統(tǒng)的總能量不能連續(xù)改變，而是以不連續(xù)的能量子方式從一個值跳到另一個值。能量子的概念太激進(jìn)了，普朗克后來將它擱置出來。此后量子物理有什么用，愛因斯坦在1905年（這一年對他來說是非凡的一年）認(rèn)識到光量子化的潛在意義。不過量子的觀念太詭異了，后來幾乎沒有根本性的進(jìn)展。現(xiàn)代量子理論的成立則是嶄新的一代化學(xué)學(xué)家花了20多年時間構(gòu)建的。
量子化學(xué)實(shí)際上包含兩個方面。一個是原子層次的物質(zhì)理論：量子熱學(xué)，正是它我們能夠理解和操縱物質(zhì)世界；另一個是量子場論，它在科學(xué)中起到一個完全不同的作用。
舊量子論
量子革命的導(dǎo)火線不是對物質(zhì)的研究，而是幅射問題。具體的挑戰(zhàn)是理解宋體（即某種熱的物體）幅射的波譜。烤過火的人都很熟悉這樣一種現(xiàn)象：熱的物體發(fā)光，越熱發(fā)出的光越明亮。波譜的范圍很廣，當(dāng)氣溫下降時，波譜的峰值從紅線向黃線聯(lián)通，之后又向藍(lán)線聯(lián)通（那些不是我們能直接看到的）。
結(jié)合熱力學(xué)和電磁學(xué)的概念其實(shí)可以對波譜的形狀做出解釋，不過所有的嘗試均以失敗告終。但是，普朗克假設(shè)震動電子幅射的光的能量是量子化的，因而得到一個表達(dá)式，與實(shí)驗(yàn)符合得相當(dāng)完美。并且他也充分認(rèn)識到，理論本身是很可笑的，如同他后來所說的那樣：“量子化只不過是一個走投無路的做法”。
普朗克將他的量子假定應(yīng)用到幅射體表面振子的能量上，假如沒有新秀阿爾伯特·愛因斯坦（），量子化學(xué)似乎要至此結(jié)束。1905年，他毫不遲疑的斷言：假如振子的能量是量子化的，這么形成光的電磁場的能量也應(yīng)當(dāng)是量子化的。雖然麥克斯韋理論以及一個多世紀(jì)的權(quán)威性實(shí)驗(yàn)都表明光具有波動性，愛因斯坦的理論還是蘊(yùn)涵了光的粒子性行為。此后十多年的光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)顯示僅當(dāng)光的能量抵達(dá)一些離散的量值時才能被吸收，這種能量如同是被一個個粒子攜帶著一樣。光的波粒二象性取決于你觀察問題的著眼點(diǎn)，這是一直貫串于量子化學(xué)且令人煩躁的實(shí)例之一，它成為接出來20年中理論上的困局。
幅射困局促使了通往量子理論的第一步，物質(zhì)悖論則促使了第二步。眾所周知，原子包含正負(fù)兩種電荷的粒子，異號電荷互相吸引。依照電磁理論，正負(fù)電荷彼此將螺旋式的緊靠，輻射出波譜范圍廣闊的光，直至原子倒塌為止。
接著，又是一個新秀尼爾斯·玻爾（NielsBohr）邁出了決定性的一步。1913年，玻爾提出了一個激進(jìn)的假定：原子中的電子只能處于包含能級在內(nèi)的定態(tài)上，電子在兩個定態(tài)之間躍遷而改變它的能量，同時輻射出一定波長的光，光的波長取決于定態(tài)之間的能量差。結(jié)合已知的定理和這一詭異的假定，玻爾掃清了原子穩(wěn)定性的問題。玻爾的理論飽含了矛盾，并且為氫原子波譜提供了定量的描述。