量子世界是什么样的
牛顿用《自然哲学的数学原理》建立了一门全新的学科，叫经典力学，也叫牛顿力学。其核心是牛顿三定律和万有引力定律。
第一定律：物体有惯性，它要保持原有运动状态。
第二定律：力能改变物体运动的速度。
第三定律：对物体施加作用力时会受到大小相等、方向相反的反作用力。
万有引力定律是说，任何两个有质量的物体之间都存在着一种彼此吸引的力，其大小与两个物体的质量的乘积成正比，而与两个物体间的距离的平方成反比。这种力普遍存在于整个宇宙。
拉普拉斯是牛顿力学的忠实信徒。他曾经说，我们可以把宇宙现在的状态视为其过去的果以及未来的因。如果一个智者能知道某一时刻所有的力和所有物体的运动状态，那么未来就会像过去一样出现在他的面前。这种认为牛顿力学强大到足以决定未来的观点，被称为“决定论”。
20世纪以前，决定论一直是学术界的主流观点。不过，到了20世纪之后，科学家们发现，牛顿力学其实只适用于我们日常生活的宏观世界，放到尺度特别小的微观世界就行不通了。
世界上的物质都是由原子构成的。除了原子之外，还有一种常见的东西，那就是光，光是一种以光速传播的波。什么是波呢？波是某种东西在传播过程中振动的现象。水波是水振动产生的，声波是空气振动产生的。波也有能量，其频率越高，或者说波长越短，能量就越高。
1900年，普朗克有了一个惊人的发现：物体热辐射所发出的光，其能量并不连续，而是一份份的，大小等于光的频率乘以一个很小的常数，叫普朗克常数。我们所说的“量子化”，其实就是指这种物理量本身不连续、总是一份份分布的特性。换言之，在量子世界里，物理量总是存在着一个最小值，无法像在经典世界中那样，直接趋近于零。这个伟大的发现开启了通往量子世界的大门，普朗克因此获得1918年诺贝尔物理学奖。
1905年，爱因斯坦在人类理解量子世界的道路上又前进了一步。他指出，光其实也是一种粒子，叫做光子。
这一年，爱因斯坦做出了三项震惊世界的重大发现，分别是狭义相对论、布朗运动和光电效应，其中，光电效应是人类在理解量子世界的道路上迈出的第二步，爱因斯坦也因此获得了1921年的诺贝尔物理学奖。
物理学家做实验时发现了一个现象：用光照射金属就可以从其内部打出电子。这并不奇怪。光可以把自身的能量传递给电子，使它获得足够的能量，从而逃脱金属原子对它的束缚。但奇怪的是，这种现象的发生取决于光的频率。在一定频率之上的光，只要一照就可以从金属中打出电子；而在此频率之下的光，无论照射多长时间也无法把电子打出来。这就让人很难理解。因为在经典力学中，能量是连续的。
比如，要把一个大水缸装满水，用大脸盘一盆一盆地往里倒水，可以把水缸装满；用小水杯一杯一杯地往里倒水，也可以把水缸装满。但现在光电效应实验告诉我们，你用大脸盆可以把水缸装满，但是用小水杯就不行。
这是怎么回事呢？爱因斯坦说，这是由于光本身并不连续，而是由一个个叫光子的微粒组成。光子的能量取决于光的频率，光的频率越高，光子的能量就越大。如果一个光子的能量比较大，它可以传递给电子的能量就比较大，只要这个能量大到足以挣脱金属原子的束缚，电子就会立刻从金属里跑出来。但如果光子的能量比较小，它传递给电子的能量也比较小，如果这个能量一直低于逃出去所需要的最低能量，电子就会一直被束缚在金属内部。
所有微观世界中的粒子，包括原子、原子核、电子及光子，全都是量子的，而且它们不满足牛顿力学的规律，它们满足不确定性原理。
拉普拉斯曾说过，如果能知道某一时刻所有物体的运动状态，就能知道未来发生的一切。所谓的运动状态包括两部分，一部分是物体的位置，另一部分是物体的运动速度。在物理学中，常用动量来代替速度。动量就是物体的质量乘以它的速度。
拉普拉斯其实是想告诉我们，只要在某一时刻同时测出物体的位置和动量，就可以精确地预测出它以后的运动情况。举个例子，你抓起一把石子往天上丢，只要能知道每个石子丢出时的高度，以及丢出时的速度或动量，就可以精确地计算出每个石子最终会落在哪里。
但海森堡发现，在围观世界里，拉普拉斯的前提本身就是错的。你根本无法同时测出物体的位置和动量。换句话说，如果你的“石子”只有原子那么小，要想精确地测出它的位置，那它的动量就一定测不准；反过来，要想精确地测出它的动量，那它的位置就一定测不准，这就是量子力学中最重要的海森堡不确定性原理。
但为什么呢？
我们一般要怎样测量一个物体的位置？我们首先要看见它，所谓“看见”，就是让光打到物体上面，然后再反射到人眼或显微镜里。每种光都有自己的波长。万一光的波长比物体的尺寸还长，那它就反射不回来了。我们无法看见尺寸小于光的波长的物体。所以，要想精确测量物体的位置，就要尽可能用波长比较短的光，但光的波长越短，光子的能量就越大；能量大的光子达到特别小的物体上，就会干扰到它原来的运动。这就意味着，用波长短的光，就没办法测准物体的动量了。
