对宇宙来说，它是一种遵循精确规律、有系统的机器。如果正确理解这些规律，就可以预测这些运动和事件。几个世纪以来，这一直是科学思想的基础。然而，在二十世纪初，可预测宇宙的想法被颠覆了。这种观点认为，宇宙的核心是一个量子宇宙，它由离散的质量和能量组成，它们通过由其他粒子介导的量子场相互作用。
值得注意的是，这些质量和能量是如此之小，以至于我们不能直接看到它们，只能使用一些先进的仪器来检测它们，有些粒子甚至不能直接被检测到。所以问题是我们为何如此确定它们真实存在？是什么导致我们认为宇宙应该是量子化的想法？
艾萨克·牛顿在1665年倡导的经典力学解决了太阳系的大部分问题，天地间几乎所有的力学现象都被简化为牛顿三定律与万有引力定律。后来，经典物理学似乎在麦克斯韦方程组中达到了顶峰。所以到19世纪末，牛顿的力学理论和麦克斯韦的电磁学理论似乎可以解决所有问题，以至于有些人认为，我们已经学到了物理学中的所有知识。
这是一个经典的世界，经典物理学是连续性的，这意味着我们总是可以将事物分解成更小的部分。连续性的概念在今天显然是错误的，但当时人们认为这就是事情的运作方式。存在像光子这样的粒子概念，但这些粒子可以具有任何连续的能量。
科学家们很快意识到经典物理学存在一些重大缺陷，因为有些现象无法解释。例如，必须解释炽热发光体的颜色。众所周知，每个物体都会发出一些辐射。如果你进入一个房间并关掉灯，它将完全黑暗。但如果我有红外摄像头，我仍然可以在摄像头中看到你，因为你的身体会发出红外光。更热的物体发出更高能量的光，一个很好的例子是，如果您将一块金属加热到非常高的温度，首先它会变成红色，然后是黄色，最后是白色，因为它可以发出任何波长的可见光。
1900年，两位科学家瑞利和金斯使用实验数据提出了黑体释放电磁辐射的规律。问题是，这一经典理论适用于频率低于紫外线范围的黑体辐射，但对于紫外线及以上范围的黑体辐射，这个理论完全崩溃了。因为根据这个理论，非常热的物体应该立即辐射掉所有它们的能量，这就是紫外灾难。
大约在1900年的同一时间，马克斯·普朗克提出了一个方程来解释黑体辐射。他做了一个在当时看起来很奇怪的假设，将电磁辐射视为是量子化的。因此，物质释放的不是连续的能量，而是离散能量量子。能量不能是任何值，它必须是普朗克常数的整数倍。这将物理学直接从经典世界转移到量子世界。而在这个世界上，只允许特定的离散值，所以你会发现普朗克常数现在存在于几乎所有的量子方程中。
另一个只有量子力学才能解释的现象是：为什么电子在围绕原子核运行时不会失去所有能量？1911年，卢瑟福提出原子模型，其中电子围绕中心核旋转。但这出现了一个大问题，如果电子围绕原子核旋转，它的圆周运动意味着它在不断地加速。电子加速的问题在于，根据麦克斯韦定律，变化的电场意味着它必须发射光子。如果它释放光子，它必须失去能量，这意味着电子将不断失去其轨道能量，并最终撞击原子核。
但事实并非如此，因为原子存在，而且它通常是稳定的。这是怎么回事？尼尔斯·玻尔提出了一部分答案。在原子核周围的只允许特殊的轨道，电子根据它们的能量状态在固定的轨道上。当电子从一个轨道跳到另一个轨道时，才会发射或吸收光。这很重要，因为这意味着我们所理解的原子不能在经典物理学中形成。电子轨道必须被量子化，否则它们就不存在了。
要完全理解我们的量子化世界，仅仅将物体量子化是不够的，这就是著名的薛定谔方程的前提。这里的问题是，量子力学的第一个公式没有考虑到运动的速度。如果将方程应用到一个接近光速的物体，这将成为一个问题，因为结果开始变得不精确。
这个问题的严重性可以通过查看薛定谔方程来理解。爱因斯坦的狭义相对论告诉我们，应该同等对待空间和时间，才能形成与相对论时空相容的理论。如果我们看一下薛定谔方程，我们会注意到空间分量是二阶的，但时间分量是一阶。这个方程显然不是平等对待空间和时间！
几年后，保罗·狄拉克设法解决了这个问题。在他的方程中，空间部分和时间部分都是一阶的，所以它满足狭义相对论的要求。他提出的方程后来被称为狄拉克方程，这是第一个量子场论运动方程。这导致了所谓的二次量化，实际上这些方程所做的不是量化事物而是量化场，提出了量子场论。这是一个新的量子理论，它包含了量化的思想，同时尊重了爱因斯坦的狭义相对论，至今仍是对物理学最好的理解。
请注意，包括薛定谔方程在内的量子力学仍然非常有用，它只是在高速下的应用领域受到限制。就像我们还是使用牛顿物理学来计算很多东西一样，只有接近光速或在高重力的影响下才失效。
量子力学与经典力学的另一个重大区别是概率。薛定谔方程包含所谓的波函数，粒子的波函数与在给定位置找到粒子的概率有关。在测量之前，我们无法知道预先知道它在哪里。所以结果不是确定性的，只有替代可能结果的概率是确定的，这种缺乏确定性完全背离经典物理学。
在经典物理学中，如果你知道所有作用在粒子上面的力，你可以预测它的路径。但量子力学不同，我们无法提前准确预测粒子的位置。从这个意义上说，宇宙的未来在量子力学中并不是预先确定的。但如果量子力学不存在，理论上未来是可以预测的。
