量子力学：量子力学为什么不属于经典物理学的范畴？
传统物理主要包括牛顿力学、电磁学以及热力学等学科，在研究宏观现象的规律方面具有重要地位；相比之下，则是微观粒子行为的研究领域
在量子力学中研究的主要内容包括测不准原则以及波与粒子的双重性质；相比之下，在经典物理学中采用唯一性法则作为基础假设（例如牛顿定律），这使得像行星轨道这样的现象能够被精确预测。
经典物理在十九世纪末已经高度发达，在此时期它却面临一些难以解释的现象] 这些现象包括黑体辐射与光电效应等] 这些正是催生量子力学的核心原因] 因此可以说量子力学是应对经典物理不足而产生的理论] 这暗示着两者的理论基础存在分歧
在 数学结构 方面存在显著差异。经典物理领域主要采用 微分方程 来描述物质的连续变化过程，在研究物质运动的基本规律方面取得了巨大成功。相比之下，量子力学则基于 **希尔伯特空间中的算符与波函数 进行描述，并特别关注概率幅这一概念的计算与应用。例如，在研究微观粒子行为时会发现薛定谔方程与牛顿定律在数学形式上呈现出显著的不同特征，并且直接将两者进行融合会导致理论体系的复杂性增加。
量子力学在宏观尺度下趋向于呈现为经典物理的现象即为 对应原理 。具体而言，在 普朗克常数 足够小时（即当 普朗克常数 足够小时），量子系统的某些特征变得微乎其微以至于不再显著影响结果，在这种情况下经典物理的近似适用性得以体现。然而需要注意的是，在这种情况下从经典物理向量子力学的转变通常并不直接可行——即从经典到量子通常需要建立全新的理论体系而非仅仅是简单地进行延伸；例如正则量子化方法或者路径积分法等都属于这种情况——因此在这种情况下这种方法论上的转变并非简单的延伸而是涉及到更为复杂的重构过程。
在实际应用领域中（例如），研究者们比较关注的是量子计算与传统电子计算机之间的区别所在（以及为什么日常生活中我们观察不到物体呈现出明显的量子特性）。这些现象实际上都与退相干机制有关（即：宏观系统由于与环境的相互作用而逐渐失去量子相干性）；这种现象会导致系统呈现出典型的经典行为模式。
哲学上的分歧也很重要。经典物理学遵循决定论原则，在预测物质运动轨迹方面表现出色；而量子力学则建立在概率原理基础之上，在描述微观粒子行为时展现出独特性。围绕这一核心分歧产生了激烈的争论；例如"上帝掷骰子"的问题便由此引出；这表明两种理论在解释自然的方式上可能存在根本性的不一致问题；这种矛盾可能导致它们无法调和地共存。
有没有任何理论寻求统一这两者？例如 量子引力理论 ，如弦论或圈量子引力等。但目前这些尝试尚未取得成功。由此可见，在理论物理的前沿领域中融合仍是一个尚未解决的关键问题。
两者的 基本假设之间存在矛盾 ，因此无法直接进行粗放地结合在一起。然而，在某些情况下，则可能需要更为复杂的理论体系来统一描述所有现象。
量子力学与经典物理难以统一的基础在于它们在基本假设、数学框架以及物理概念等方面存在本质区别。以下将从几个关键方面进行阐述：
1. 决定论 vs. 概率性
- 经典物理 ：遵循决定论原则，在给定初始条件下系统的发展轨迹是唯一且可预知的（如牛顿力学中的行星轨道）。
- 量子力学 ：其本质遵循概率法则，在此框架下无法确切指明粒子的具体运动轨迹（如波函数所描述），而只能提供粒子在某一位置出现的概率分布。海森堡不确定性原理明确指出，在微观尺度上同时测量一个粒子的位置与动量将不可避免地引入测不准关系。
2. 连续性与量子化
- 经典物理 ：能量、角动量等物理量呈现连续性的特点（例如经典电磁波的能量能够取任意数值）。
- 量子力学 ：大部分物理量呈现出量子化特征（例如电子能级和光子能量），并且受到普朗克常数的限制，在微观世界中与宏观世界的连续性产生矛盾。
3. 数学框架的差异
- 经典物理 ：通过牛顿方程、麦克斯韦方程组等微分方程来描述其运动规律，并遵循相空间中的轨迹。
- 量子力学 ：建立在希尔伯特空间中的状态向量与算符之上，并利用薛定谔方程或路径积分的方法来描述其演变过程。这一理论体系涉及非交换代数的概念。
4. 局域实在性与量子非局域性
- 经典物理遵循局域实在性的原则，在测量过程中物理实体的属性在测量前就已经确定，并且信息传递的速度受限于光速。
- 量子力学通过表现出量子纠缠现象（其违背贝尔不等式）表明微观世界的本质可能与经典局域实在论相悖。
5. 对应原理与宏观极限
量子力学在宏观极限下
表现出经典行为。例如：
- 量子叠加状态（例如薛定谔的 famous cat experiment）在宏观尺度下因环境相互作用而演变为经典的基态。
- 经典电磁场系统被视为由大量光子组成的相干态结构。
但这是近似而非本质融合 ：经典物理无法解释量子隧穿、纠缠等核心现象。
6. 哲学与诠释的冲突
- 量子力学中的哥本哈根诠释与多世界诠释等理论与经典物理学中的客观唯物主义世界观之间存在着本质性的矛盾。
- 观测者的地位（波函数坍缩现象）在经典物理学中并无对应的概念。
- 量子力学对经典物理学所提出的"独立客观现实"假设提出了根本性的否定。
为何难以统一？
- 数学关联不明显：经典物理中的相空间与量子力学中的希尔伯特空间之间缺乏直接的数学关联。
- 认知鸿沟难以跨越：像叠加态和非局域性等量子现象在经典的时空观中没有天然的位置。
- 实证证明需依赖量子理论：微观尺度的现象必须依赖于量子理论来解释清楚，而宏观世界的复杂性则源于其本质上遵循着不同的物理规律。
当前研究方向
- Quantum-Classical Boundary: The research focuses on the process of decoherence and its role in the transition from quantum to classical systems.
- Quantum Gravity: Efforts aim to integrate quantum mechanics with general relativity (such as string theory and loop quantum gravity), yet no comprehensive theory has been established.
- Quantum Information Science: Through applications like quantum computing, this field seeks to elucidate the fundamental distinctions between quantum and classical information processing.
总结
量子力学与经典物理之间存在的"无法融合的状态"源于它们对自然本质所采用的不同层次描述框架。在各自的适用领域内均展现出有效性特征,然而实现两者的统一则需依赖尚未完善且复杂的理论体系（如待完善中的量子引力理论）。当前普遍共识认定：经典物理学被认为是量子力学在特定条件下的简化表现形式而非其核心构成