การอธิบายปรากฏการณ์ต่างๆทางกายภาพนั้น โดยทั่วไปสามารถอธิบายได้ด้วยกลศาสตร์ของนิวตัน ที่ใช้กันมาเป็นเวลานานนั้น ได้พบข้อผิดพลาดที่ม่สามารถอธิบายปรากฏการณ์ขององค์ประกอบของสารในระดับอตอมและโมเลกุล หรือในโลกของอะตอมแต่ละองคประกอบ ซึ่งค่าต่างๆ ที่วัดได้ไม่ได้มีค่าต่อเนื่อง แต่มีค่าเป็นค่าใดค่าหนึ่งหรือเป็นกลุ่มหรือช่วงหนึ่ง ไม่ได้มีค่าต่อเนื่องกันไป เป็นที่มาของกลศาสตร์ควอนตัม หรือเป็นวิทยาศาสตร์ที่ว่าด้วยการเคลื่อนที่ของวัตถุสารในระดับอะตอมหรือกึ่งอะตอม (Sub atomic) ปรากฏการณ์ในอะตอมที่เกี่ยวข้องกับมวล พลังงาน ประจุไฟฟ้าและโมเมนตัม
ปัญหาในการทำความเข้าใจกลศาสตร์ควอนตัม อันเนื่องมาจากเราใช้กลศาสตร์แบบนิวตันมาร่วม 300 ปี และปัจจุบันก็ยังคงใช้อยู่ ทำให้มักจะไปเทียบเคียงกับกลศาสตร์นิวตันมาใช้กับวัตถุสารทุกแบบรวมถึงระดับอะตอมในลักษณะการใช้สามัญไร้สำนึก (unconcious) มองพฤติกรรมในโลกควอนตัมเหมือนกับโลกวัตถุทั่วไปอันมีอยู่่ในประสบการณ์ของคนทั่วไปหรือใช้การหยั่งรู้หรือลาสังหรณ์ (instuition) จากประสบการณ์ของวัตถุขนาดใหญ่ ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วปกติที่มนุษย์สามารถทำได้วัดได้ ยังไม่มีเหตุผลใดที่คาดหวังให้วัตถุเล็กเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง ให้ประพฤติตัวเช่นดียวกับสิ่งที่เราคุ้นชิน
การสังเกตในโลกควอนตัม
การสังเกตอะไรก็แล้วแต่ในโลกควอนตัมที่จะให้ไม่มีผลต่อสิ่ที่สังเกตเป็นไปไม่ได้หรือไม่สามารถทำได้ ผลของผู้สังเกตุมีผลกระทบต่อสิ่งที่ถูกสังเกตโดยตรง (นอกจากแรงดึงดูดระหว่างมวลของสิ่งที่ถูกสังเกตแล้ว) การสังเกตในทางควอนตัมเช่นการสังเกตอิเลคตรอนทำได้โดยให้อิเลคตรอนกระทบสิ่งอื่นที่อยู่ใกล้เคียงกัน หรืออิเลคตอนอื่น โดยการสังเกตุ อิเลคตรอนที่ถูกสังเกตเปลี่ยนไปอย่างไร
หลักความไม่แน่นอน
สิ่งที่ต้องตระหนักในโลกควอนตัมเป็นหลักสำคัญของกลศาสตร์ควอนตัม ที่กล่าวว่าการสังเกตในโลกควอนตัมไม่อาจหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงเพราะการสังเกต การวัดให้ได้แน่นอนของสิ่งใดทันทีนั้นไม่ามารถที่จะรู้ได้แน่นอน ทั้งตำแหน่งและความเร็ว (หรือพลังงานกับเวลา) ในขณะเดียวกันในเวลาที่กำหนด
ถ้ายิ่งรู็ตำแหน่งได้แน่นอนเพียงไรก็จะยิ่งไม่แน่นอนว่ามันเคลื่อนที่เร็วเพียงได้ และในทางที่กลับกัน
หลักความไม่แน่นอนได้เสนอขึ้นโดยไเซนเบิร์ก สรุปเป็นสุตรคณิตศาสตร์ง่ายๆ คือ
@x@v >= h/m ...... h คือค่าคงที่ของแพลงค์ , m คือมวล
@x คือความไม่แน่นอนของตำแหน่ง @v คือความไม่แน่นอนของความเร็วอนุภาค
ความละเอียดในการวัดค่า
กลศาสตร์ควอนตัมไม่ได้กล่าวว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะวัดค่าที่ละเอียดได้ แต่ถ้าวันค่าหนึ่งให้ละเอียดแน่นอนมาก ก็ต้องทดแทนหรือเลิกคิดท่จะวัดอีกค่าให้ละเอียดแน่นอน
เมื่อต้องการวัดค่าตำแหน่งของอนุภาคให้ละเอียดแน่นอนมากแล้วนั่นคือ @x ----->0 @v--->infinity
นันคือ @v จะมีค่าใดก็ได้ จะเห็นว่าจะวัดค่าให้ตำแหน่ง ความเร็วให้ละเอียดแน่นอนได้ หรือวัดให้ละเอียดทั้งสงได้ที่ระดับที่ยอมรับได้ (compromise level) โดยการกำหนดค่าความละเอียดไว้ที่ระดับหนึ่งจากการที่ยอมให้มีค่ผิดพลาดของ @x, @v ได้เท่าใดนั่นเอง
หลักความไม่แน่นอนอธิบายกลศาสตร์ควอนตัมด้วยค่าของความน่าจะเป็น (probabilities) ถ้าบอกไม่ได้ว่าอนุภาคมีความเร็วเท่าใด ก็ทำนายอะไรไม่ได้ (เช่นอีก 10 วินาทีต่อไปนี้อนุภาคอยู่ที่ไหนให้แน่นอน) ทำให้อธิบายพฤติกรรมในเทอมของโอกาสความน่าจะเป็นในสิบวินาที อนุภาคนาจะอยู่ที่ 150 เมตรห่างออกไปมากทีสุด มีโอกาสที่น้อยกว่าหรือมากกว่าแค่นี้
