量子力学的灵魂
海森堡测不准原理是量子世界的救世主。如果不是在量子力学中，量子力学在它开始之前就已经崩溃了。
根据海森堡说法，你不可能同时知道一个粒子的位置和它的速度，粒子位置的不确定性，必然大于或等于普朗克常数除以4π（ΔxΔp≥h/4π）。它表明，如果我们知道粒子的速度，我们就无法确定它的位置，如果我们知道它的位置，我们就无法知道它的速度。它在现实世界中还没有证据，但它或多或少有点像量子世界的灵魂。尽管量子力学和相对论是现代科学的基础，但这两个理论是物理学的两个极端。它们不能同时满足同一种现象。
量子纠缠
量子纠缠是量子力学的理论之一。它说，如果两个粒子纠缠在一起，那么无论它们相距多远，你都可以通过观察其中一个粒子来预测另一个的行为。我们假设一个人总是随机穿一只红袜子和一只绿袜子。你检查一只脚，那只脚上有一只红袜子。然后你知道（比光速还快），另一只脚上的袜子是绿色的。
阿尔伯特·爱因斯坦嘲笑这种效应为“鬼魅般的超距作用”，并且反对量子力学，因为信息的传播速度比光速还快，这与相对论第二定律相悖——在真空中，没有任何东西的传播速度能超过光速。那么，爱因斯坦错了吗？信息传播的速度比光速快吗？从上面的例子中，你可能认为这两个问题的答案都是“是”，但是这些信息是无用的，因为这些信息是随机的。信息实际上比光速还快，但这些信息毫无用处。不可能通过这种方法发送包含非随机信息的信号。
双缝干涉实验
光子的概念，马克斯·普朗克用来表示物质和电磁辐射之间的热平衡，后来被爱因斯坦用来描述光电效应，产生了粒子的对偶性理论。
术语“二象性”指的是粒子的状态，粒子同时表现出双重性：粒子性和波性。这种效应表现在每个粒子上，只能在微观或量子层面上观察到，而不能在宏观层面上观察到。理查德·费曼在一项实验中展示了这种量子行为，实验对象是更常见的粒子，比如子弹和波。在熟悉了子弹或粒子实验与波实验结果的区别后，他拿电子来说明电子同时表现为波和粒子。
1999年，一组奥地利物理学家用巴克球（由60个碳原子组成的分子）做了同样的实验。在《伟大的设计》一书中，斯蒂芬·霍金通过一个类似于费曼子弹实验的思维实验来谈论这个实验。斯蒂芬·霍金在他的实验中，把足球看作电子来显示电子的量子行为。
这是实验：电子枪在较大的角度距离内随机发射电子。在枪的前面，有一堵墙，里面有两个孔或狭缝（小得只能通过一个电子）。在这堵墙的后面，还有另一堵墙，称为屏幕，带有蜂鸣器。每当电子撞击屏幕时，蜂鸣器都会发出声音。现在，当其中一个狭缝打开时，电子仅穿过一个狭缝并撞击屏幕。当在缝隙1或缝隙2打开时击中屏幕的概率与屏幕的距离之间绘制了一条图。图1：当其中一个狭缝打开时。图2：当两个狭缝都打开时当两个狭缝都打开时（图2），看起来电子可以通过从狭缝1或狭缝2进入而撞击屏幕。可以理解的是，打开第二个狭缝会增加电子的数量，从而增加电子的概率撞击屏幕，但是当在两个缝隙都打开时击中屏幕的概率与沿着屏幕的距离之间绘制了一个图时，在某些区域我们得到的电子数量更高（或者比前一种情况更高的概率），但是在其他区域，我们得到的电子数量更少。在某些区域，电子撞击屏幕的可能性为零。这是相当令人生畏的。在上面所示的图2中，曲线与水平轴的接触点为零概率点。费曼水波狭缝实验。资料来源：费曼物理讲座第1卷费曼的解释实际上，费曼写道：“双缝实验包含了量子力学的所有奥秘。” 可以看到，当两个缝隙都打开时，我们得到的图案类似于用波浪（如上所示）代替粒子时的图形。由此得出结论，电子也会产生干扰并表现为波。当两个缝隙都打开时，会出现零概率区域（相消干涉）。这意味着如果只打开一个狭缝，而在两个狭缝都打开时不会碰到同一区域，则这些电子将在零概率区域中击中屏幕，但这又产生了另一个问题：电子枪一次发射一个电子，因此电子如何知道打开了多少个缝？似乎粒子（电子）在从源到屏幕的过程中的某个地方获取了有关两个狭缝的信息。许多物理学家给出了许多可能的解释来解释这种量子行为。费曼说，电子会选择连接这两点的所有可能的路径。从源到屏幕，电子可以走一条直线，也可以走一条通往火星的路，然后再回到地球，撞击屏幕。它看起来像科幻电影，但它不是。根据他的说法，当两个狭缝都打开时，电子通过狭缝1，并干扰它通过狭缝2的路径，从而引起干扰。我对这个现象有不同的理解：当两个狭缝都打开时，电子分成两半，两半通过各自的狭缝，互相干扰(干扰本身不会产生任何影响)。只有一条缝是开着的，它不会裂成两半。现在，同样的问题出现了：电子是如何知道狭缝的？答案很简单，但耐人寻味。这是因为电子位置的不确定性。它可以在到达狭缝之前获取有关狭缝的信息。考虑到电子即将进入狭缝1，但由于其位置的不确定性，它可能在狭缝附近的任何地方。例如，电子可能在狭缝后面，或者它可能以一定的速度穿过狭缝，或者它可能即将进入狭缝。所以，在电子到达狭缝1之前，它可以得到有关狭缝的信息，并据此行动。你可能会想，我们应该制造一种设备，它可以在电子通过特定狭缝时标记出狭缝，然后我们可以说，电子通过狭缝1或狭缝2。费曼指出了这样一种装置。我们可以把灯放在狭缝附近，这样，当听到蜂鸣器的声音时，我们可以看到在狭缝1或狭缝2附近有闪光。但是当费曼制作这样一个仪器时，它改变了结果，他得到了一个不同的图(图3)，没有干涉模式。就像观察电子改变它的行为一样。实际上，从光源发出的光子击中电子并散射。这个光子给了电子一个脉冲，这个脉冲改变了电子的路径，使得在没有光源的情况下，电子没有撞击到它应该撞击的区域，因此，它没有表现出干涉图样。现在，为了减小光子给电子的冲量，光子的动量应该减小。当波长大于狭缝的间距时，脉冲减小，得到的图与不使用光时的图相似(图2)。但是通过减小动量或者增加波长，当光从电子上散射时，闪光就会变得很模糊，而且很难分辨出闪光是从哪条缝来的。因此，该实验得出的结论是，如果我们尝试在不影响结果的情况下降低p（或增加λ），则x（位置）会增加，反之亦然。这意味着，如果我们成功地确定了微观粒子（如电子）的位置，那么我们将无法判断粒子的运行速度或速度（速度或动量Δp的不确定性）或我们是否成功地测量了其速度那么我们将无法找到其在空间中的位置（位置Δx的不确定性）。我们不能同时确定这两件事。因此，很难构建一种可以定位电子而不干扰结果的装置。幸运的是，量子力学定律并不适用于宏观物体（如足球），否则我们踢球时就会看到足球以之字形运动。但这些定律成功地解释了其他定律无法解释的现象，如光电效应。为了拯救量子力学的存在并解释这一荒谬，海森堡提出使这些定律一致应该有一定的限制，并给出了测不准原理。由于量子力学是一个强大的理论，在许多即将到来的技术中，如量子计算，我们需要不确定性原理来理解原子和亚原子粒子的量子行为。
