量子热学是一门令人倍感晦涩、违反直觉的理论，但这个理论并不是所想像的这么神秘与不可思议。假如你了解下边的量子热学基础知识，你会感觉量子热学更容易理解。
量子热学
量子热学是数学学的一个分支，亦称为量子化学学或量子理论。
热学是数学学的一部份，涉及从子弹到篮球、汽车、火箭和行星等联通的东西。量子热学描述物体在分子、原子和亚原子等水平上的运动，比如光子和电子。
量子热学是一十分成功的科学理论，我们现代的科学技术和许多生活形式都依赖于量子热学的应用，但它却也使人无法理解。
这个理论被证明很有效，而且它虽然让我们去追逐奇特的东西：波是粒、粒是波；猫既是生、又是死；“远距离的奇特作用”等。
假如你当初想晓得使量子热学令人困扰的的理论背后的基础知识是哪些，这么下边是对量子热学的几个基础问题的简单浅显的解释。
量子的来历
我们如今晓得，所有物质都是由原子组成的。每位原子依次由电子“环绕”一个由质子和中子组成的原子核组成。原子是一个一个地离散的。它们是“有定域地点的”：即在“这里”或在“那里”。
然而在19世纪末，原子造成了很大的争议，这促使美国化学学家普朗克研究了所谓的“黑体”辐射的性质和行为。
普朗克得出的推论说，幅射被吸收和发射，就好象它是由一个个离散的量组成的，他将这个离散的量称为量子。1905年，爱因斯坦将这一量子观念进一步深入，他推断量子是真实的——辐射本身来自离散的光粒子。明天，我们称这种光粒子为光子。
光既像波又像粒子
这个问题的关键是一个称为“双缝实验”所观察的结果。
将光线穿过一个窄小的孔或狭缝，它将从孔或狭缝中挤过，在边沿弯曲并飘动来，这称为“衍射”。
将光线穿过并排切开的两条缝，会得到一种称为“干涉”的现象。由两个狭缝衍射的波会形成称为干涉白色的亮带和暗带的交替模式。这些行为除了限于光，如水波也很容易证明这些波的干扰。
然而，波本质上是“没有定域地点”的：它们在“这里”和在“那里”。爱因斯坦的假定并不是推翻所有关于光的非定域波状特点的证据。他的建议是，完整的描述在某种程度上也须要考虑其定域性的、类似粒子的特点。
所以，光既像波，又像粒子。
1923年，奥地利化学学家德布罗意提出了一个大胆的建议。假如光波也可以是粒子，这么像电子这样的粒子也可以是波吗？他在电子的波状性质（波长）和粒状性质（动量）之间构建起了直接的物理关系。
但这还不是一个完整的“波粒”物质理论。这项挑战落在了德国化学学家薛定谔头上。1926年初他提出了一个波动方程式，通过其中的波函数估算电子等粒子的运动。
波函数
在精典热学中所表示的函数概念的形式，是通过化学可观察量，比如可观察的能量和动量，来描述与拥有它们的对象的属性的关系，不存在真正的问题。
例如在精典热学中，假如想要估算以固定速率在空中飞行的物体的精典动量？很简单，检测物体的质量及其速率并将其相加即可得到。
然而，假若想要晓得一个电子在真空中自由联通的动量，该如何办？在量子热学中，是通过对电子的波函数执行特定的物理运算来估算的。
这种操作是物理方法，这种物理方法怎么起作用的？简单来说，可以将这些物理操作视为如打开一个袋子的“钥匙”，因而使我们才能打开这个袋子、解锁波函数，得到“可观察的对象”。假如要得到电子的动量，则须要通过使用“动量锁匙”打开箱以得到电子的动量。不同的可观察对象值可以用不同的锁匙。
粒子真的像波吗？
假如电子的行为像波，这么，它们会被衍射吗？假如我们将电子束并排穿过两条缝，我们会在远处的屏幕上见到干涉白色吗？假如我们限制电子束的硬度，因而平均一次只有一个电子通过狭缝，该如何办？之后如何？
首先我们看见的是令人惊讶的结果。每位穿过狭缝的电子在屏幕上都记录为一个点原子物理知识点总结量子理论的建立，告诉我们“电子撞击到这儿”。这与电子作为粒子的概念完全一致，由于看上去它们像一个一个地通过一个或另一条缝，并以看似随机的方法撞击屏幕。
然而，这个看似随机的被撞击的屏幕又具有一定模式：随着越来越多的电子通过狭缝，我们开始见到各个点组合在一起、重叠和合并。最终，得到了一个由亮白色和暗白色这两种白色组成的交替的干涉纹样。
其实，我们可以得出推论，电子的波特点是一种固有的行为。每位单独的电子都表现为一个波，由波函数描述，它同时穿过两条缝并在撞击屏幕之前对其自身形成干扰。
问题是，粒子可以同时在两个地方吗？怎样精确地晓得下一个电子将出现在那里？
粒子可以同时在两个地方吗？
薛定谔曾想将波函数真正地解释为“物质波”的理论表示。而且为了使单个电子的干涉创立，必须寻求另一种解释，这些解释于1926年晚些时侯由美国理论化学学家玻恩提出。
玻恩觉得，在量子热学中，波函数的平方是对在特定位置“找到”其相关电子的机率的测度。
电子波的波峰和波谷的交替转化为了量子机率模式：在变为亮粉色的位置，找到下一个电子的可能性更高；而在变为暗白色的位置，找到下一个电子的可能性较小。
在电子撞击屏幕之前，很可能会发觉波函数的平方都小于零的电子：“在这儿”、“在哪里”、或“在任何地方”。许多具有这样可能机率的状态都同时在一起存在，称为“量子叠加”。
这是否意味着单个电子同时可以坐落一个以上的位置？不是的。可以说，每次有可能在多个地方发觉它。假如我们想将波函数解释为真实的数学事物，则可以觉得到它是非定域性的，这些非定域性有时亦称为不确定性。
然而，假若通过这样的“单个电子”将电子称为粒子原子物理知识点总结量子理论的建立，则存在一种觉得，在这些情况下，直至波函数与屏幕互相作用，在这个作用点“塌缩”，电子仅在一个地方出现在了“这里”。
量子热学中的机率
抛掷一个硬币有50％的几率落在“正面”或“反面”，只是我们不能预测它将具体落在哪一个面上，这是基于难以晓得所造成的精典机率的概念。
硬币在空中旋转时，依然会具有正面和背面的两个侧面，并且我们不晓得其运动的准确细节，所以未能确定最终那个面朝上。从理论上讲，假如我们准确地晓得硬币运动有关所有细节，还会预测它将落在哪一面。
机率在量子热学中很重要，而且量子机率与精典机率不同。当投掷一枚量子硬币时，可以对它的运动的许多细节都十分了解，而且我们不能假设在这个硬币落定之前是“正面”或“反面”，须要观察。
为此，拥有多少有关量子机率的信息并不重要，仍永远没法确定结果将是哪些，由于它不是像精典机率那样如把握充足信息可能预先确定。
爱因斯坦完全不赞同量子力学这些看上去碰巧、不确定的元素与概念，他因此知名地声称：“上帝不玩色子”。
这场论争到现在还在延续着。量子热学所提出的基本问题如：波函数是哪些？应当怎样解释？量子热学告诉我们关于数学现实的本质是哪些？归根结底，哪些是真实？等。那些重要而基础的问题还有待于进一步探求，科学家和哲学家们也在不断地探求之中。假如有这么三天这种基础问题得到了解决，量子热学就不会再使人倍感晦涩与神秘。
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