양자역학은 물리학의 기본 이론으로 원자와 아원자 입자 규모로 자연의 물리적 특성을 설명한다. 양자화학, 양자 분야 이론, 양자기술, 양자정보과학 등 모든 양자물리학의 기초다. 양자역학의 출현 이전에 존재했던 이론의 집합인 고전물리학은 자연의 많은 측면을 통상적인 (매크로) 스케일로 기술하지만, 그것들을 작은 (원자 및 아원자) 스케일로 기술하기에는 불충분하다. 고전 물리학의 대부분의 이론은 대규모(매크로)에서 유효한 근사치로서 양자역학으로부터 도출할 수 있습니다.
양자역학은 에너지, 운동량, 각운동량 및 기타 결합계의 양이 이산치(양자화)로 제한되고 물체는 입자와 파도 양쪽 특성(파동 입자의 이중성)을 가져 물리량의 값을 정확히 예측할 수 있는 한계가 있다는 점에서 고전물리학과는 다르다.
양자역학은 1900년 맥스 플랑크의 흑체방사선 문제에 대한 해법과 광전효과를 설명한 알베르트 아인슈타인의 1905년 논문에서 에너지와 주파수의 대응관계 등 고전물리학과 양립할 수 없는 관측을 설명하는 이론에서 점차 발전했다. 현재 '오래된 양자론'으로 알려진 이러한 초기 미소 현상을 이해하려는 시도는 닐스 보어, 어윈 슈뢰딩거, 베르너 하이젠 버그, 맥스 본, 폴 딜락 등이 1920년대 중반 양자역학을 완전히 발전시켰다. 현대의 이론은 특별히 개발된 다양한 수학적 형식으로 정식화되어 있습니다. 그중 하나에서 파동 함수라고 불리는 수학적 엔티티는 입자의 에너지, 운동량 및 기타 물리적 특성 측정치에 대해 확률 진폭 형태로 정보를 제공합니다.
양자역학은 물리 시스템의 특성과 동작 계산을 가능하게 합니다. 그것은 일반적으로 분자, 원자, 원자 입자라고 하는 미소한 시스템에 적용됩니다. 수천의 원자를 가진 복잡한 분자를 보유한다는 것이 증명되고 있지만, 그 인간에 대한 적용은 위그너의 친구와 같은 철학적 문제를 야기하여 우주 전체에 대한 적용은 여전히 추측에 그치고 있다. 양자역학의 예측은 매우 높은 정밀도로 실험적으로 검증되고 있습니다.
이론의 근본적인 특징은 보통 무슨 일이 일어날지 확실하게 예측하지는 못하고 단지 확률만 준다는 것입니다. 수학적으로는 확률진폭이라 불리는 복소수의 절대치의 제곱을 취함으로써 확률을 요구한다. 이것은 물리학자 맥스 본의 이름을 딴 본 규칙으로 알려져 있습니다. 예를 들어, 전자와 같은 양자 입자는 공간 내의 각 점에 확률 진폭을 연관 짓는 파동 함수에 의해 기술할 수 있다. 이러한 진폭에 본 규칙을 적용하면 전자를 측정하기 위한 실험이 이루어졌을 때 전자가 가지고 있음을 알 수 있는 위치의 확률 밀도 함수를 얻을 수 있습니다. 이것이 이 이론이 할 수 있는 최선의 일입니다. 전자가 어디서 발견되는지는 확실히 말할 수 없습니다. 슈뢰딩거 방정식은 어느 순간에 관련된 확률 진폭의 집합을 다른 순간에 관련된 확률 진폭의 집합과 연관시킨다.
양자역학의 수학적 규칙 중 한 결과는 서로 다른 측정 가능량 간의 예측 가능성의 트레이드 오프입니다. 이 불확정성 원리의 가장 유명한 형태는 양자 입자가 어떻게 준비되어 있든, 또 그에 대한 실험이 아무리 신중하게 배치되어 있더라도 그 위치 측정과 동시에 그 운동량 측정에 대해 정확한 예측을 하는 것은 불가능하다고 말하고 있습니다.
양자역학 수학적 규칙의 또 다른 결과는 이중 슬릿 실험에서 자주 설명되는 양자 간섭 현상입니다. 이 실험의 기본 버전에서는 레이저 빔과 같은 커피런트 광원이 두 개의 평행한 슬릿으로 관통한 플레이트를 조명하고 슬릿을 통과하는 빛은 플레이트 뒤쪽 스크린에서 관찰된다. 빛의 파동 성질에 따라 두 개의 슬릿을 통과하는 광파가 간섭하여 스크린 상에 밝은 밴드와 어두운 밴드가 생성됩니다. 이는 빛이 고전적인 입자로 구성되어 있을 경우에는 예상치 못한 결과입니다. 다만 빛은 항상 파도가 아닌 개별 입자로서 이산적인 포인트로 스크린에서 흡수되는 것을 알 수 있습니다. 간섭 패턴은 이들 입자가 스크린에 충돌하는 밀도 변화에 따라 나타납니다. 더욱이, 슬릿 검출기를 포함하는 실험 버전은 검출된 각 광자가 (고전 입자와 마찬가지로) 양쪽 슬릿(파도와 같이)이 아닌 하나의 슬릿을 통과하는 것을 발견한다. 그러나 이러한 실험은 입자가 어느 슬릿을 통과하는지를 검출할 경우 간섭 패턴을 형성하지 않음을 나타낸다. 전자와 같은 다른 원자 규모의 실체는 이중 슬릿을 향해 발사되었을 때 동일한 거동을 나타내는 것으로 판명되었습니다. 이 동작은 파동 입자 이중성으로 알려져 있습니다.
양자역학에 의해 예측된 또 다른 직관적이지 않은 현상은 양자 터널링이다: 잠재적인 장벽을 향해 상승하는 입자들은 그 운동에너지가 잠재적인 최대치보다 작더라도 그것을 넘어설 수 있다. 고전역학에서는 이 입자가 갇힐 것이다. 양자 터널링은 몇 가지 중요한 결과를 가져와 방사성 붕괴, 별에서의 핵융합을 가능하게 하고 스캔 터널링 현미경이나 터널 다이오드와 같은 응용을 가능하게 한다.
양자시스템이 상호작용하면 결과적으로 양자 꼬임이 생길 수 있습니다. 그 성질은 매우 얽혀 있어서, 개개의 부분에 관해서만 전체를 설명할 수 없게 됩니다. 어윈 슈뢰딩거는 얽힘을 이라고 불렀다. 양자역학의 특징인 고전적인 사고에서 완전히 벗어나는 것을 강제하는 것이다. 양자 꼬임은 양자 의사 텔레파시의 직관적인 성질을 가능하게 하고 양자 키 분포나 초고밀도 코딩과 같은 통신 프로토콜에서 귀중한 자원이 될 수 있다. 일반적인 오해와 반대로 꼬임은 무통 신 정리로 나타나듯이 빛보다 빠르게 신호를 보내는 것을 허용하지 않습니다.
얽힘에 의해 열린 또 다른 가능성은 양자 이론 자체에서 다루어지는 양보다 기본적인 가상적 특성인 '숨겨진 변수' 테스트이며, 그 지식은 양자 이론이 제공할 수 있는 것보다 더 정확한 예측을 가능하게 할 것이다.