爱因斯坦（Albert Einstein，1879-1955）认为光本身就是以量子形态存在的，光子是像粒子一样的实体，它能集中地把能量给电子，只要光子的能量足够强，换句话说就是频率足够高（波长足够短），光就能把电子从金属里一脚踢出。这就是爱因斯坦对光电效应的解释，简单直观！
这里我们发现一个问题，量子力学的研究和物质有关，它涉及我们对物质结构的理解，它寻求对物质性质的解释等等。
经典物理不是典型的关于物质的理论，比如经典力学研究运动，它把物质抽象为具有质量的点，或这样点的集合，对经典力学来说，一颗铜行星还是一颗铁行星关系不大，我们都是用诸如位置、速度和质量这类物理量来描述。
化学研究物质，化学家关心物质的颜色、是否有金属光泽，导电性如何等等。但仅仅这些只能算是资料的罗列，还算不得是真正的科学。热力学和统计物理为化学提供了部分理论基础，但远远不够；特别的，热力学和统计物理不涉及化学里的核心问题，即为什么一种元素会和另一种元素那么的不一样？或我们为什么会有元素周期律？
这些问题很大程度上是由原子物理回答的，原子物理是一种关于物质的理论，假设我们对原子施加的能量不够大，原子作为物质存在的一个基本单元会保持稳定，原子的性质主要由原子核外的电子决定，而电子的运动应该由什么样的物理法则来描述呢？
最简单的原子是氢原子，原子核外只有1个电子，原子核带正电，电子带负电，它们之间会有吸引力，表面看来这和求解月亮如何围绕地球运动一样，区别仅仅是电磁相互作用替代了万有引力。
根据经典电动力学，如果电子围绕原子核做圆周运动的话，它将会向外辐射能量，以电磁辐射的形式（或说以光的形式），因为电磁相互作用很强，电子本身具有的动能将会以很快的速度被辐射掉，电子因为动能耗尽会像一颗运动速度过慢的卫星那样一头掉到原子核上。这句话翻译过来就是原子不存在了。
实际上原子相当稳定，比如我们的身体里就有很多很多氢原子，它们显然是非常稳定的，并且这构成了我们能安然坐在这里思考物理问题的前提。
看来经典理论不足以解释原子。
~
量子力学与相对论以及从前任何一个物理理论的不同在于它没有一个明确的创建人，我们没法把量子力学和某一位物理学家的名字联系起来，就像我们把经典力学和牛顿，经典电动力学和麦克斯韦，相对论和爱因斯坦联系起来一样。
为了说清量子力学的创建史，我们必须提及至少几十个物理学家，他们都曾做出不可忽略的重要贡献，可以说量子力学的创建为我们贡献了最多的物理学大师。
从普朗克和爱因斯坦开始，玻尔、索末菲、玻恩、德布罗意、海森堡、薛定谔、狄拉克、泡利、约丹、费米、玻色……这还仅仅是理论家。
还有很多实验家的名字同样不能忽略：J J 汤姆逊、卢瑟福、密立根、康普顿、劳厄、布拉格父子、布拉开特、劳伦斯……
如果我们总结的话，这主要是一群生活在西北欧的白种青年男性，大多在20-30岁之间，他们之间紧密合作、互通信息，同时又相互竞争。
量子力学是这种青年文化的产物，先是卢瑟福和他的孩子们通过散射实验确立了原子的有核模型，继而是卢瑟福的孩子玻尔猜出了一个能够解释氢原子光谱主要特征的玻尔模型。
海森堡是玻尔、玻恩和索末菲共同的孩子，他从概念上摒弃了那些很难被观测的物理量，如原子的位置，转而从原子的光谱现象出发构建理论，这是一种反玄学的态度，即让物理公式中只出现那些可被测量的物理量。海森堡第一个取得突破，他找到了一个可以表述为矩阵的数学关系来计算原子的光谱现象。
几乎与此同时，薛定谔由德布罗意的物质波概念出发，把电子的运动想象为一种可以用波描述的对象。然后建立了一个对波函数适用的偏微分方程——薛定谔方程。
对物理学家来说，波动是一种很熟悉的图像。对普通人来说也是如此，琴弦上的振动是波，两列水波相遇是波，声波是波，电磁波也是波等等。
这里我们把电子的运动状态用一个波函数来描述，这和说我们把电子想象成一个波还是有区别的。物理学家的意思是电子本身还是粒子，只是它的运动需要借助波的语言。在此基础上我们需要发展成套的数学工具来描述电子的性质，比如：如何由一个波函数知道电子的能量等等。
我们把海森堡的方案叫矩阵力学，把薛定谔的方案叫波动力学，这都是很直接的命名，如果你解矩阵方程的话，就是矩阵力学，如果你解波动方程的话就是波动力学。同时我们也理解为什么一个物理系的学生在学量子力学之前必须先学线性代数和数理方法。线性代数是研究矩阵运算的，而数理方法教我们如何求解波动方程。
量子力学的形式体系是由狄拉克最终完成的，狄拉克比海森堡稍小，他的教育背景是电机工程和应用数学。他发明了一套方便的记号去表达量子力学，同时他重建了量子力学与经典力学的联系。
经典力学对物理系统的描述也有不止一种数学形式，比如哈密顿形式使用位置和动量，拉格朗日形式使用位置和速度等等。狄拉克提出在哈密顿形式下，只要引入普朗克常数$h$，并把位置$x$和动量$p$看作是不能互相交换次序的量子力学数（$q$数），我们就能把一个经典力学问题量子化（quantization）。
量子化意味着我们要使位置和速度满足以下关系：
\begin{equation}
xp - px = i \frac{h}{2 \pi}
\end{equation}
这里$i$是纯虚数，表示对-1开根号，即$\sqrt{ - 1}$。
Again，因为普朗克常数太小了，我们以前都没有注意到原来自然是如此行事的。在此意义下，狄拉克推广了经典力学的数学语言使之重新适用于电子的世界。
狄拉克的体系是完结性的，以后量子力学还有发展，但我们使用的语言和思维方式是狄拉克规定的。比如对电子考虑狭义相对论后，我们将得到一个相对论性的量子力学方程。这也是狄拉克的工作。
作为一个虚拟课程，我们预先设定我们的任务是讨论非相对论性的量子力学，我们不讨论对场的量子化，不讨论量子统计，也不讨论量子力学利用于金属或其他固态结构。这分别对应于量子场论、量子统计、固体理论等其他后续课程。
量子力学建立后，物理学的进展主要集中在三个领域：
\begin{itemize}
\item 场论与粒子物理：典型成就有量子电动力学，标准模型，量子色动力学等。
\item 宇宙学和广义相对论：如何把引力量子化？
\item 凝聚态物理：这个主要是应用推动的，近二十年来的信息社会就是建基于凝聚态物理学的进展。
\end{itemize}
如果大家想了解最新的物理新闻的话，可以访问英国物理学会的PhysicsWorld（\url{http://physicsworld.com/}）。
最后，我要强调的是我们必须做练习，学习量子力学必须要拿起笔来做计算，这些计算其实都很简单，但如果你不算，不知道过程，你就不能说你已经懂了。
【另请下载并传播：《量子序曲1.0》】
《量子序曲1.0》http://t.cn/RvvbvgN （提取码：3c60）