Termenul de mecanică cuantică (QM) se referă în general la o formulare matematică a teoriei cuantice. Descrie și prezice adesea mișcarea și comportamentul particulelor la nivel atomic și subatomic. Acestea includ particule precum atomi, electroni, protoni și fotoni. Potrivit QM, comportamentul și mișcarea particulelor la aceste niveluri microscopice sunt contra-intuitive, diferă radical de orice observat în viața de zi cu zi. Acest lucru necesită o teorie precum mecanica cuantică pentru a explica mai bine această lume diferită.
În lumea macroscopică, există de obicei două tipuri de fenomene care sunt clasificate de oamenii de știință: particule și unde. Particulele pot fi considerate ca fiind localizate, transportând masă și energie în mișcările lor. Undele sunt un tip de fenomen care nu este niciodată localizat și nu are masă, dar transportă totuși energie. Particulele micro-lumilor care sunt examinate în mecanica cuantică sunt diferite de cele din macro-lume, deoarece în anumite situații, particulele pot acționa ca undele, în timp ce, invers, undele pot acționa ca niște particule. Potrivit QM, aceasta ar însemna că la nivel cuantic un măr s-ar putea comporta ca un val, în timp ce un val s-ar putea comporta ca un măr.
Mecanica cuantică folosește unitatea cuantică pentru a atribui și măsura aproximativ cantități ale proprietăților fizice ale acestor particule. În general, particulele sunt măsurate luând în considerare funcția de undă înregistrată la momentul măsurării. Cu toate acestea, deoarece particulele se pot comporta ca undele, locația sau viteza simultană a unei particule nu poate fi niciodată determinată complet.
Această aparentă enigmă este cunoscută sub numele de principiul incertitudinii lui Heisenburg, care, cu alte cuvinte, afirmă că poziția și impulsul nu pot fi măsurate exact simultan. Acest lucru nu se datorează în totalitate faptului că există limitări în echipamentul sau abilitățile de măsurare, ci pentru că se crede că această incertitudine este inerentă particulelor în sine. Prin urmare, mecanica cuantică este o teorie matematică care încearcă să calculeze probabilități în funcție de funcția de undă.
Mulți oameni de știință nu sunt de acord cu postulatele QM. Albert Einstein a fost un om de știință care a criticat uneori teoria cuantică, deoarece aceasta era în conflict cu propria sa teorie. Astfel, una dintre cele mai mari probleme din fizica contemporană este crearea unei teorii care să unifice ideile mecanicii cuantice cu cele ale teoriei generale a relativității a lui Einstein. Fizicieni precum Julian Barbour au propus câteva soluții inovatoare la această problemă, afirmând practic că, dacă oamenii consideră că timpul în sine nu există, nu există nici un obstacol în calea unificării mecanicii cuantice și a teoriei relativității.