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量子力學是一種基礎理論，在20世紀被物理學家用來描述原子和亞原子現象。它還成功地廣泛運用於觀察一系列宇宙圖片。

雖然量子力學借鑑了牛頓力學的一些觀念，即早先的物理現象，然而與牛頓力學本質上是不同的。比如，在牛頓物理學中，數量是被認為持續可變的，在一定範圍內可取任何值。另一例子是角動力，即粒子被一中心吸引沿圓形軌道旋轉，它與速度乘以中心距粒子的距離值成正比。因為牛頓力學中距離可以取任何值，所以角動力也是如此。另一方面，在量子力學中，角動力常常被規定成某些離散值，這些離散值的比率是簡單的有理數。

量子力學和早先的物理理論更本質的區別在於用一種可能性，即用一種基本思維來解釋量子力學如何來詮釋這個世界。這就很明顯是在用量子力學和牛頓力學來預測未來。牛頓力學中描述的一些事物，如太陽系，如果能一次性精確測量出，那麼對於太陽系未來動向的精確預測是有可能的。在量子力學的描述中，甚至對一個簡單的單電子原子都能精確預測出其諸多行為的可能性。對不穩定的放射性核的描述就能說明這一點。當單個的核子衰變時，量子力學就不能進行預測，儘管如此，如果蒐集了許多相同的原子核，那麼能指出何時這個核子會衰變。這個量子力學的新現象被一些知名物理學家，如艾伯特•愛因斯坦所抵制。不管怎樣，它的出現成為原子與亞原子水平上不可忽視的一個特徵。

早期發展：普朗克的成果

歷經30多年的時間，量子力學蓬勃發展，期間成功地解釋了多個物理現象。第一個量子理論用來分析電磁輻射是如何產生的。1900年，馬克思•普朗克(ax planck)做到了。普朗克嘗試研究在不同的頻率下，熱的物體輻射的分佈，比如太遠的表面。根據觀察結果他得出結論，輻射不是持續發出的，就像早先認為的一樣。相反，輻射是以一種被他稱為量子的離散量發出的。對於這些量子、頻率f和能量釋放量e之間往往存在一種關係，即e=hf。這裡的h就是被普朗克引入的普適常數，現在以他的名字命名。普朗克常數以時間乘以能源為單位，其數值接近663&tis;10(-34)焦耳秒。普朗克分析結果的獨特之處在於，這個公式能夠表達出任何頻率下的物體的輻射量。這個聯絡，即黑體分佈，和實驗結果相一致。

在普朗克的理論中，量子的性質是十分神秘的。這個謎於1905年被愛因斯坦解開，他提出光本身就是一個由單個套件組合的能源，後來被稱為光子。愛因斯坦還提到光的頻率與光子合成的能量有關，這是根據普朗克公式得出的。愛因斯坦的光量子概化理論被許多與他同時代的科學家所排斥，其中包括普朗克。而後，被羅伯特•密立根(robert illikan)的光電效應實驗證實，並且阿瑟•康普頓(arthur pton)從康普頓現象中發現了這一理論，並且用電來進行光子散熱。

另一個具有代表性的早期量子運用的想法是尼爾斯•波爾(niels bohr)提出來的，1913年他提出一個假設，氫原子的電子角動力只能有一個值，這個值即普朗克常數的整數倍除以2π，那麼它可以派生出由原子發出的光的頻率。波爾理論暗示了只有特定的能量值，電子才可能存在於原子中，即如果有一個最小值，那麼在這種最小值的狀態下，電子是無法放射能量的。這個結果幫我們解釋了原子如何能夠保持穩定，也說明瞭一個元素的所有原子如何有一樣的化學性質。然後，他證明瞭波爾理論對於原子的拓展要比氫氣複雜得多。而且，牛頓定理和量子理論的奇怪組合讓物理學家很難取捨，到底該遵循哪一個物理原理。

量子力學形式