5．量子力学——定域性和确定性的丧失
量子力学是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支，主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论。量子力学是现代物理学的基础理论之一，它与相对论一起构成现代物理学的理论基础。
导致量子论出现的是一个古典热力学难题，即黑体辐射问题。1900年，英国物理学家瑞利（Third Baron Rayleigh，1842年11月12日—1919年6月30日）根据经典统计力学和电磁理论，推出了黑体辐射的能量分布公式。该理论在长波部分与实验比较符合，但在短波部分却出现了无穷值，而实验结果趋于零。这部分严重的背离，被称为“紫外灾难”（紫外指短波部分）。同年，德国物理学家普朗克（Max Planck，1858年4月23日—1947年10月4日）采用拼凑的办法，得出了一个在长波和短波部分均与实验相吻合的公式。但该公式的理论依据尚不清楚。不久，普朗克发现，只要假定物体的辐射能不是连续变化的，而是以一定的整数倍跳跃式变化，就可以对该公式做出合理的解释。普朗克将最小的不可再分的能量单元称作“量子”。当年12月14日，他将这一假说报告给德国物理学会，宣告了量子论的诞生。
第一个意识到量子概念的普遍意义，并将其运用到其他问题上的是爱因斯坦。他建立了光量子论以解释光电效应中出现的新现象。光量子论的提出使关于光的本性的历史争论进入了一个新的阶段。自牛顿以来，光的微粒说和波动说此起彼伏。爱因斯坦的理论重新肯定了微粒说和波动说对于描述光的行为的意义。它们均反映了光的本质的一个侧面，因为光的确有时表现出波动性，有时表现出粒子性。但它既非经典的粒子也非经典的波，这就是光的波粒二象性。主要由于爱因斯坦的工作，量子论在最初的十年得以进一步发展。
奥地利物理学家薛定谔（Erwin Schrödinger，1887年8月12日—1961年1月4日）在研究热力学中的统计问题时，经过反复思考，于1925年推出了一个相对论性的波动方程，但与实验不太符合。1926年，他改而处理非相对论性的电子问题，得出的波动方程与实验证据非常吻合。波动力学就此诞生了。
1925年，德国青年物理学家海森堡（Werner Karl Heisenberg，1901年12月5日—1976年2月1日）写出了以“关于运动学和力学关系的量子论的重新解释”为题的论文，创立了解决量子理论的矩阵方法。它完全抛弃了玻尔理论中的电子轨道、运行周期这种古典的却不可观测的概念，代之以可观察量，如辐射频率和强度。论文写出后，海森堡请他的老师玻恩（Max Born，1882年12月11日—1970年1月5日）审查。玻恩发现海森堡的方法正是数学家早已创造出的矩阵运算。当年9月，玻恩与另一位物理学家约丹（PascualJordan，1902年10月18日—1980年7月31日）合作，将海森堡的思想发展成为系统的矩阵力学理论。
波动力学和矩阵力学的创始者们一开始还互相敌视，认为对方的理论有缺陷。到了1926年3月，薛定谔发现这两种理论在数学上是完全等价的，方才消除了双方的敌意。从此以后，两大理论统称量子力学。薛定谔的波动方程由于更易被物理学家掌握，成为量子力学的基本方程。
量子力学更激烈地改变了世界图景的构造。如果说相对论只是把时空框架与物质运动融为一体，还保留了牛顿力学固有的严格决定论的数学微分方程，保留了因果律，保留了定域性（拒绝超距作用），那么这一切在量子世界图景中都或多或少地遭到了破坏。量子概念是量子力学的首要概念，它的引入导致了一系列基本概念的改变：连续轨迹的概念被打破，代之以不连续的量子跃迁概念；严格决定论的概念被打破，代之以概率决定论；定域的概念被打破，代之以整体论的概念。伴随着这些基本概念的变化，量子世界出现了波粒二象性、测不准原理、定域性破坏等现象。
尽管物理学界对于量子力学有过一段短暂的抵抗，其中甚至包括量子论奠基人之一的爱因斯坦，但因为量子力学在微观世界精确的解释和预言，最终还是赢得了科学界的认可和接受。相对而言，量子力学遭遇到的抵抗比“日心说”少得多，除了宗教的原因之外，科学普遍接受“归纳-演绎法”的逻辑工具也是原因之一。只有能够解释实验或者观测结果（归纳）并且能够做出准确预言（演绎）的理论才是成功的，人类能否理解或者是否接受都不能改变规律的客观性。
