量子力學是與20世紀一起來到人間的。它的生辰是：1900年12月17日。就在這一天，德國物理學家普朗克在柏林科學院物理學會的一次會議上，作了有關嚐試克服熱輻射理論中困難的報告。
困難是枓學中常有的事。科學家每天都會遇到一些困難。可是普朗克與困難的遭遇戰卻具有一種非常特殊的意義。因為它預示著物理學今後許多年裏的發展。
一株碩大的新知識之樹在普朗克表述的基本概念中成長起來了。從普朗克概念中生長出量子力學；它開拓了一個嶄新世界一這就是原子、原子核和基本粒子的微觀世界。
1687年，牛頓在他的著作《自然哲學的教學原理》中，首次製定了經典力的三個基本原則。這些原則後來就被稱做牛頓三定律，也就是每個小學生都要學習的物理定律。即牛頓第一運動定律：任何物體在不受外力的作用時，都保持原有
的運動狀態不變，原來靜止的繼續靜止，原來運動的繼續作勻速直線運動，物體固有的這種屬性稱為“慣性”；牛頓第二運動定律：任何物體有外力的作用下，運動狀態發生變化，其“動量隨時間的變化率與所受外力成正比。”在經典力學中，質量是一個不變的量，故可表示為：物體的加速度與所受的外力成正比，與物體的質量成反比，加速度的方向與外力的方向相同；牛頓第三運動定律：當物體甲給物體乙一個作用力時，物體乙必然同時給甲一個反作用力，作用力與反作用力大小相等，方向相反，且在同一條直線上。
這就是牛頓賴以建立的力學世界，後來稱之為經典力學或經典物理學。繼牛頓之後的一個多世紀裏，建立在牛頓力學基礎上的這種絕對嚴謹的宇宙秩序，使所有的物理學家都感到滿意，認為我們所認識的世界，就是應當這樣描述的。但好景不長，科學家很快就認識到再沒有比偃死的教條更不穩定的東西了，一些簡直不能納入舊框框的事實開始顯露出來。到19世紀末，牛頓力學處於危機之中。人們逐漸認識到：這個危機意味著普遍決定論一科學上被稱為機械決定論一的崩饋。宇宙畢竟不是那麼簡單的，不能上滿一次發條便永遠走動。
在19世紀，物理學擴大了研究範圍：對熱過程的研究產生了熱力學；對光的研究產生了光學；對電和磁現象的研究則成為電動力學的起點。
在這些研究中，最重要的事實之一就是光的不尋常的恒定速度也就是說，你加不加外力，光速都是一樣的這說明光的行為根本不同於其它所有已知領域內觀察到的任何現象。為了使光的行為符合經典力學的框框，科學家不得不設計出一種叫以太的媒質。但以太仍沒有挽救古老的物理學。
經典物理學的另一絆腳石是加熱物體的熱輻射。
最後還有放射現象的發現。在經典物理學占有絕對統治地位的最後幾、年裏，放射現象給予它毀滅性的打擊，這是因為放射現象的神秘過程不僅破壞了原子核，而且摧毀了物理學的基礎~些從常識的觀點看去顯得十分明白的原則。從這三大危機中，生長出相對論和量子力學。
嚴冬的夜晚，當我們坐於火爐邊時，閑聽爐裏劈劈啪啪的木柴炸裂的響聲，沐浴著爐火的溫暖，那是多麼美好的情景啊。這時候，我們雖然看不見，但是我們能夠感覺得到，爐裏的熱在傳向我們的身上。懂得一點科學知識的人就說，這種讓我們感到熱的射線，就是紅外線，無論一個物體是在發熱，還是發光，都會發出一種射線，我們可以叫它為熱輻射，
為了測量熱輻射的程度，物理學家設計了―種最黑的物體口箱子，裏麵有若幹肋狀牆，整個箱子內覆以黑煙灰，因為越黑就越能吸收熱量。物理學家把這種箱子稱為黑體”。
為了對熱輻射進行定量測定，物理學家幾經試驗，得到了兩條定律。
定律是兩個德國科學家斯蒂芬和玻耳茲曼在19世紀末發現的，它可以表述為：黑體的輻射能力，即它每秒以光和熱的形式發射的能量，正比於它的絕對溫度的四次方，絕對溫度是以攝氏溫標零下273度為起點來計算的。
第二條定律是以奧地利物理學家維恩命名的維恩位移定律。這條定律說：隨著黑體溫度的升高，對應著它所發射的光線的最大亮度的波長將變短，並向光譜的紫色區移動。
物理學家或者所有的科學家都有這樣的癖好，如果有兩條（或更多條）描述同一個現象的定律，就想把它們結合起來，組成一條單一的普遍的定律。英國的物理學家瑞利和金斯就做了結合熱輻射定律的嚐試。最後他們得出的統一定律為：熱物體輻射強度正比於它的絕對溫度，而反比於所發射光線波長的平方。
這個定律看來與實驗結果能夠很好吻合。可是後來發現：隻是在可見光譜的長波部分，即綠、黃、紅部分內，這個定律才能很好地與實驗一致。當接近於藍、紫、紫外光線時，這個定律便告失效。
從瑞利-金斯定律得出：波長越短，熱輻射強度就應該越大(因為熱輻射強度反比於波長的平方。但這點不能為實驗所證實。不僅如此，一件很不愉快的事情是：隨著波長的縮短，輻射強度應無止境地增大。
這種現象實際上不可能發生。波強度的無限增長是絕對不可能的事。如果某個物理定律引導到無限性，則它注定要失敗。
輻射理論中出現的這個荒唐局麵就被稱為“紫外災”。
(點評：這裏出現了一個悖論。當瑞利-金斯將兩條理論合為一條時，就出現了這樣荒唐情況，溫度越高，熱輻射強度越大，波長就越短，但不能短到無限的程度，短到藍、紫、紫外線處時，定律就失效了。自然界有許多大的東西，很大的、甚至大到難於想象的東西，但就是沒有無限大的東西。自然界沒有無限大的東西，而公式和定律卻有這種表述，這就是一個悖論，一個無法解決的矛盾。這是熱輻射理論遇到的一次理論危機，我們可以把這個危機說成是物理學向量子力學發展中遇到的第一次危機。真實的現存世界是和諧的，但理論上卻是講不通的，如果理論不能用來說明事實，那隻能證明理論的不中用。理論必須在新的基礎上重建，並且要立刻重建這裏有兩個關於發熱物體的熱輻射定律。分別說來，兩個定律都有效，但當兩個定律捏成一個時，它便麵臨著“紫外災”。這有點像兩個思想方法差不多的人遇到一起，交談了一會兒，兩個人結果都變成了瘋子。
其時，不僅熱輻射理論進入了一條死胡同，以太理論也在許多實驗證據麵前遭到了致命的打擊。出來挽救理論危機的是這樣兩位人物：普朗克和愛因斯坦。1900年普朗克引進了量子概念。1905年愛因斯坦提出了相對論。什麼是普朗克的發現呢？乍一看起來，很難說是一個發現。普朗克此時已年逾四十。起初引導他的想法很簡單：瑞利-金斯將兩個熱輻射定律結合成一個，因而在短波長範圍內引出了荒謬的結果。如果通過另一條途徑將斯蒂芬―玻耳茲曼定律和維恩定律結合起來，也許有可能獲得某些合理的東西。
經過一番探討以後，他找到了一個公式。這個公式相當複雜，它包含的表述式沒有明顯意義，一它純粹是一些不相關聯的量的偶然結合。可是十分奇怪，這個杜撰的公式卻與實驗極好的吻合。不僅如此，普朗克能從自己的公式中推導出斯蒂芬-玻耳茲曼定律和維恩定律。總的來說，這個公式不具有無限大值，因此也就不存在著“紫外災”的問題。
那時，占據物理界統治地位的就是牛頓的經典力學。可是普朗克公式的推導像是一隻猴子瞎敲打鋼琴，在幾千次中偶然奏出的一首好曲子。要想讓自己的公式站住腳，必須每一步都有理論依據，普朗克努力想以經典力學理論為依據，推導、驗證自己的公式，可是他失敗了。他的公式與經典定律毫無關係，可是又奇跡般地吻合著實驗數據。這是一個十分奇怪又令人百思不解的現象。
這裏又產生了悖論一普朗克是遵從經典理論而否定自己的公式呢？還是站在實驗事實一邊來與舊的經典理論作戰呢？普朗克決定站在事實一邊。(點評：如果理論與事實有矛盾，當然我們要遵從的是事實，這是沒有疑義的，我們常說的一句話，理論是灰色的，而生命之樹常青就是這個道理。但是普朗克遇到的問題遠非這麼簡單。現在不僅公式符合事實，事實是正確的，經典理論也是正確的，因為牛頓所建立起來的力學殿堂已維持了二百多年，並且被無數的物理學家所驗證和運用，證明是行之有效的。他無法也不可能去否定這個理論，同時他也無法否定正確的事實。當時難之又難的困惑正是在這裏。當然，對於我們今天的明白人來說，回頭去看，問題是再清楚不過了，因為這批科學家進入了一個微觀的量子世界，那裏麵的粒子是不遵從牛頓的力學定律的，牛頓的力學定律隻適用於常規的慢速一比光速小得多的世界。在那個“世界裏應當有新的自己的理論。不過，當時還沒有新理論產生，牛頓理論是惟一的可以依據的理論。在“黑暗中摸索”的物理學家是並不清楚這一點的，他們惟一的傲法就是想用經典理論去解釋新發現的事實。因此，他們在創建理論時具有一定的盲目性。不過，如果我們以普朗克的這個例子為教訓，我們可以獲得哪些體會呢？筆者以為有兩條可以遵循：其一，在理論與事實發生矛盾時服從事實；其二，當事實與理論都被再三驗證是正確的，而兩者之間又產生了矛盾，那麼，肯定這中間產生了一種錯位一兩者是屬於兩個領域裏的錯位，我們必須將觀察係統放大，放大到能包容這兩個係統的大係統裏去觀察和認識問題。普朗克所以無法從經典物理學中推導出他的公式，有一個根本性的困難，那就是經典物理學最基本的前提之一：能量是連續的。
而普朗克的觀點是：輻射能量(正像物質本身一樣）也是由一個個能量原子構成的；能量釋放和獲得不是連續的，而是一小份，一小份的。普朗克把每一小份能量叫做一個量子。
這些不連續的能量子成了普朗克公式的堅實基礎。可是這個基礎本身幾乎無處棲息，因為它在經典物理學中是沒有任何地位的。所以許多人還接受不了普朗克的公式，還認為這是胡說八道。因此說，要擺脫一種禁錮的思維方式，不是一件輕而易舉的事。
對經典力學的第二次打擊―波粒二重性到了1905年，瑞士專利局的一個默默無聞的職員阿爾貝特愛因斯坦在德國雜誌《物理學觀點》上發表了他的有關金屬光電效應的理論。愛因斯坦宣稱：光無非是一束能量子流，而同一波長的所有量子是完全一樣的，也就是說它們攜帶著相等的一份能量。以後，這些光量子又被取名為光子。
根據普朗克公式，量子的能量是由它的頻率來決定的，而光的波長越長，其頻率越低。因此顯然光電效應具有確定的極限。也就是說，如果光的波長太長，光子就不會具有足夠的能量將電子從金屬中釋放出來。
此外，光線強弱是沒有關係的，也就是說，不管是一個光子還是兩個光子在照射金屬並轟擊它的電子，後者是不理睬的。但如果光子具有足夠的能置，則情況就要發生變化。在這種情況下，光線越亮，每秒鍾進入金屬的光子也就越多，因而被拋出的電子數目也就越大，相應而產生的電流也就越強。
這樣光電效應終於找到了解釋。可是和普朗克的假設一樣，它動搖了經典物理學的基礎。在經典物理字中，光被認為是一種電磁波，因而在任何場合下它不可能是這種獨出心裁的光子。愛因斯坦的理論又重新掀起了曆時兩個世紀之久的關於光的本質的爭論。
物理學中這兩種觀點是同時出現的。牛頓說：物體發光是因為它射出光粒子（微粒）流。牛頓同時代的荷蘭人惠更斯則認為：物體之所以發光，是因為它有脈動並在周圍的以太中形成波。
一百多年來，這一論爭在激烈進行著，此一時這一邊占優勢，彼一時另一邊又占了上風。
到了19世紀初，楊氏、夫累涅爾和夫琅和費的實驗結果使波動學說獲得了一個似乎是決定性的勝利。新發現的光的幹涉、衍射和偏振與惠更斯的原理極好地吻合，但從牛頓的觀點來說，則是不可理解的。
光學儀器開始發展。傑出的光字理論得到發展，複雜的光學儀器也被建造出。最後麥克斯韋證明了光波的電磁性質，從而使光結構的描述達到了完善地步。波動學說獲得了徇底的無可爭辯的勝利。
將近五十年的光陰過去了，光的微粒說再次複活。波動學說解釋不了光電效應，第二場爭論又起來了。當然，這次新論爭是站在了科學新發展的基礎上進行的，也許這時侯雙方都已厭倦了，於是達成了某種妥協，光電理論走了一條中間道路。
(點評：我們可以把這個爭論的焦點看做是第二個悖論，一方說光是微粒子，一方則堅持說光是一種波，用牛頓力學的觀點來看，這兩者是無法得到統一的，要就是粒子，要就是波，光隻能屬於其一，而不能兩者兼得。當光的波動性快要取得勝利的時候，也許隻需再跨前一步，光的波動理論就獲得完滿的結果的時候，忽然發現，敵對的理論一光的微粒學說能夠解釋光電現象，這是多麼惱人的一種結果啊！於是，愛因斯坦重新點燃了百年論爭。這次論爭的最後，旣不是牛頓的論點獲勝，也不是惠更斯的論點獲勝，而是雙方的物理學家達成了某種妥協的結果一光同時是波，又是一種粒子。這個結論是誰也在開始時想不到的，如果能夠輕易想到，也用不著論爭二百年了。我們看到，這次的悖論與“紫外災”是兩種不同的情況，“紫外災”是老理論解釋不了新的現象，它說明了老理論的破產或在新情況下的不適用。而光的粒子與波動性的爭論則是過去人們看到的那一麵都是正確的，隻不過都具有片麵性，而光具有“兩麵神”的麵孔，當把兩種理論合而為一時，光的理論就完整了。由此可見，麵對悖論具有不同的解決方法，而同時我們又知道，誰能越過悖論這個高坎，誰就能夠獲得重大的成功，科學也就能夠獲得迅猛的發展，光具有粒子性還是波動性的爭論隻是一個方麵的問題，那是光已經從物體中射了出來以後，物理學家來討論它的屬性問題。接著還有另外一個問題，那就是光源問題，即光是如何從物體裏發射出來的？光能夠從一個物體裏發射出來，說明光是物體裏的一個組成部分，它是從原子或分子裏發射出來的。溫度上升使分子的運動加快。這樣，互相碰撞就越來越激烈、頻繁；這樣，分子就會急速地振動起來，直至它們開始發光。這就是舊物理學的觀點。但是，如果不加熱物體，在室溫下原子與分子也會發生碰撞，隻是碰撞的程度輕一些，那麼它為什麼不發光呢？按理也應當發光，隻是發光的程度輕微一些而已。這個問題是舊物理學解釋不了的。
第一個原子模型是1898年英國科學家湯姆生建立起來的。在這個模型中，原子是些帶正電的雲，在這些雲中負電子在浮動著，而負電子的電量正好被正電子抵消。電子被正電的雲吸引著，所以電子的運動受到了阻滯。根據經典物理學的觀點，帶電粒子被阻滯減速時會發射電磁輻射。這種電磁輻射就是物體加熱時發射的光。物體越是受熱，電子在原子中運動也就越快，這樣，正電荷雲的吸引也越強，電子獲得的減速度也就越大，其結果輻射也就越強。
如果電子在輻射時不消耗能量，上述說法就能夠成立。可是當電子輻射時，它就必然極快地減速。在極短的一瞬間，電子就會掉落到正電的雲霧中去，就像葡萄幹陷入到布丁裏去一樣。後來，這個模型發現的矛盾越來越多，到了1911年，著名英國物理學家盧瑟福提出了一個新的原子模型，這個模型把正電荷集中在一個很小的核心(核)的地方，而電子則離開核心較遠，這有點像我們的太陽係，原子核就是太陽，電子就是行星，這樣，電子旋轉就依靠離心力的作用。計算表明，如果電子以每秒幾萬公裏的速度，在與核相距一億分之幾厘米的地方繞核旋轉，便會產生足夠大的離心力，不致於讓電子落到原子核上去。
新的模型能不能回答光輻射的問題呢？電子圍繞核的運動是加速運動（電子沿著密封曲線運動〉，因此必然輻射電磁波。無論是湯姆生原子模型，還是盧瑟福的模型，經典定律同樣適用。但是遺憾的是，得到的結果沒有什麼兩樣：電子由於輻射光，會把它的能量消耗幹淨。這樣，在百萬分之幾秒的時間裏，沒有能量的電子的速度就會緩慢下來，以致於最後還不可避免地掉到原子核上，正如在大氣層中的減速衛星必然會墜落到地麵上一樣。電子的命運和衛星的命運是完全相同的。在這種情況下，原子就將很快地毀滅。