【從人類的文明到宇宙時空所延昇的量子力學等~粗識一二】
【從人類的文明到宇宙時空所延昇的量子力學等~粗識一二】
人類的文明，有「城市化」和「公民化」的含義，引申為「分工」「合作」，即人們和睦地生活於「社會集團」中的狀態，也就是一種先進的社會和文化發展狀態，以及到達這一狀態的過程。其涉及的領域廣泛，包括民族意識、技術水準、禮儀規範、宗教思想、風俗習慣以及科學知識的發展等等。文明擁有更密集的人口聚集地，並且已經開始劃分社會階級，一般有一個統治精英階層和被統治的城市和農村人口。這些被統治的人群依據分工集中從事農業，採礦，小規模製造以及貿易的行業。文明集中權力，並且將人類對自然的控制力作極大的延伸。
在人類學和考古學中，文明指有人居住，並且有相當程度的文化與經濟的發展之地區，例如兩河文明、黃河文明。也可以指文化類似的人群，例如基督教文明、儒家文明。
文明是物種的生活習性並延展出來的一切衍生物。生物形態、社會形態、環境生態相互交織與碰撞產生出的火花即文明。
顯性文明——可見，可被推演出來的形態。（建築、文學、文字、行為）
隱性文明——即生物為存活，而進行的行為活動。
對於文明出現的判定標準，主要是城市的出現、文字的產生、國家制度的建立。其中最重要的前提是城市的出現，也就是人群聚集，城市是文明的標誌。現在一般認為，最早的文明大概是在公元前3500年左右美索不達米亞的蘇美爾人那裡出現的。
社會學家路易斯·亨利·摩爾根將社會演化分為蒙昧（savagery）、野蠻（barbarism）及文明三個階段，以技術發明作為各階段的分界，他認為文明階段的代表性技術發明是標音系統及文字，可是也有學者認為此一分界太過狹隘，認為不能單純用文字來介定一個社會文化是否進入文明。
文化變遷對於文明的產生有很大的作用。農耕方法的改變，勞動的分化，統治階級，也就是中央政府的出現以及社會階層的出現都是文明產生的重要特徵。
關於文明是怎樣出現的，這對於哲學家和人類學家來說都是很吸引人的課題，因此也就有了很多的理論來闡述各自的觀點。大部分的觀點比較一致的看法是中央集權的出現是文明存在的起點。因而研究中央集權的出現成為了一個焦點。但是所有的理論都還不能解釋所有文明的起源，它只能適用於部分的文明。
環境與社會的限制
這是美國人類學家羅伯特·卡內羅提出的一種理論。認為由於地理環境的影響，例如山脈、海洋對人類的阻隔，才產生了文明。由於人口增長而沒有擴張的餘地，從而開始爭奪稀少的資源。這樣就導致在內部出現了階級，其中由統治者控制稀少的資源。對於外部就有了擴張的需要，這些都需要有一個中央集權的政府來嚴密組織。
灌溉系統（或者稱為水利系統）
卡爾·威特福格爾是這一理論的支持者，提出了最有力的證據。這種理論認為新石器時代的農民認識到洪澇災害雖然會毀壞莊稼，但是也能提供更加肥沃的土壤。因此開始修建水壩。然後用來灌溉農田。隨著規模的不斷擴大，便開始出現了專門負責管理灌溉系統的人。通過這種灌溉系統的集中管理，逐漸發展出最初的統治階層，文明由此產生。但是反對意見認為，當時一些興盛的城市，其灌溉規模很小；如果由國家管理灌溉，考古發掘的資料應該會更多，而實際情況相反。而且文獻中記載，當時的灌溉系統是有神廟管理，而不是政府機構。也有觀點說，灌溉工程是文明發展的結果，而不是起因。
貿易網絡
有種理論認為貿易在文明的發展中起著決定作用。在生態多樣化的地區，要獲得稀少的資源，就需要貿易機構來組織貿易，這樣就需要某種中央集權的形式。但是這種理論對於某些文明是正確的，對於另外一些文明卻不正確。
宗教信仰
這種理論認為宗教信仰對於文明的形成起著至關重要的作用。
文明的發展促進了人類社會的進步，但同時也帶來了很多問題。比如衛生問題。還有傳染病的問題。此外不同文明間的衝突，以及文明內部的鬥爭使戰爭成為了一個很普遍的問題。在文明內部則還有一個階級之間的衝突問題。
宇宙學
宇宙是所有時間、空間與其包含的內容物所構成的統一體；它包含了行星、恆星、星系、星系際空間、次原子粒子以及所有的物質與能量，宇指空間，宙指時間。目前人類可觀測到的宇宙，其距離大約為28 × 109秒差距（91 × 109光年）；而整個宇宙的大小可能為無限大，但未有定論。物理理論的發展與對宇宙的觀察，引領著人類進行宇宙構成與演化的推論。
根據歷史記載，人類曾經提出宇宙學、天體演化學與科學模型，解釋人們對於宇宙的觀察。最早的理論為地心說，由古希臘哲學家與印度哲學家所提出。數世紀以來，逐漸精確的天文觀察，引領尼古拉斯·哥白尼提出以太陽系為主的日心說，以及經約翰內斯·克卜勒改良的橢圓軌道模型；最終艾薩克·牛頓的重力定律解釋了前述的理論。後來觀察方法逐漸改良，引領人類意識到太陽系位於數十億恆星所形成的星系，稱為銀河系；隨後更發現，銀河系只是眾多星系之一。在最大尺度範圍上，人們假定星系的分布平均，且各星系在各個方向之間的距離皆相同，這代表著宇宙既沒有邊緣，也沒有所謂的中心。透過星系分布與譜線的觀察，產生了許多現代物理宇宙學的理論。20世紀前期，人們發現到星系具有系統性的紅移現象，表明宇宙正在膨脹；藉由宇宙微波背景輻射的觀察，表明宇宙具有起源。最後，1990年代後期的觀察，發現宇宙的膨脹速率正在加快，顯示有可能存在一股未知的巨大能量促使宇宙加速膨脹，稱做暗能量。而宇宙的大多數質量則以一種未知的形式存在著，稱做暗物質。
大爆炸理論是當前描述宇宙發展的宇宙學模型。目前主流模型，推測宇宙年齡為137.98±0.37 億年。大爆炸產生了空間與時間，充滿了定量的物質與能量；當宇宙開始膨脹時，物質與能量的密度也開始降低。在初期膨脹過後，宇宙開始大幅冷卻，引發第一波次原子粒子的組成，稍後則合成為簡單的原子。這些原始元素所組成的巨大星雲，藉由重力結合起來形成恆星。
目前有各種假說正競相描述著宇宙的終極命運。物理學家與哲學家仍不確定在大爆炸前是否存在任何事物；許多人拒絕推測與懷疑大爆炸之前的狀態是否可偵測。目前也存在各種多重宇宙的說法，其中部分科學家認為可能存在著與現今宇宙相似的眾多宇宙，而現今的宇宙只是其中之一。
習慣上，宇宙定義為「現在存在的一切、過去存在的一切與未來存在的一切」。根據人們目前的理解，宇宙包含三種連續體：時空、能量型態（包含電磁波與物質）以及相關的物理定律。宇宙也包括所有的生命、所有的歷史，甚至部分哲學家與科學家認為還包含數學等所有的思想。
宇宙的大小目前仍難以界定。根據一種較為嚴謹的定義，宇宙為與自身所繫時空的任何一切，且人們與時空可以互動。根據廣義相對論，宇宙空間中的部分區域可能會因為有限光速與持續的空間擴展，導致在宇宙存在的時間中，永遠無法與人們產生互動。舉例，從地球發出的廣播訊息，即使宇宙永遠存在，可能永遠無法抵達宇宙空間中的部分區域：空間擴展所花費的時間，會比光抵達該區域的時間還快。
宇宙空間中較遠的區域，即使人們無法和這些區域互動，但仍會假定這些區域存在，並且是現實的一部份。人們可影響與受影響的空間區域，稱為可觀測宇宙。可觀測宇宙的大小，取決於觀察者的位置。藉由旅行，觀察者可以觀測到更廣大的區域，比起站在定點所觀察到的區域還大。然而，即使是最快的旅行者，仍將無法與所有的宇宙空間互動。一般來說，可觀測宇宙指的是觀察者從銀河系中的有利位置所觀察到的一部份宇宙。
公元100年左右的東漢時代，當時科學家張衡最早提出「過此而往者，未知或知也。未知或知者，宇宙之謂也」和「宇之表無極，宙之端無窮」的觀點。明確提出由空間和時間構成的宇宙大小是無限的觀念。目前關於宇宙是否無限的問題還有爭議。如果整個宇宙的空間部分是有限的，那麼可以用一個距離來表示。對於均勻各向同性的宇宙來說，這就是三維空間的曲率半徑。但是，即使宇宙整體是無限的，宇宙的可觀測部分仍是有限的：由於相對論限定光速為宇宙中信息傳播的最高速度，如果一個光子從大爆炸開始傳播，到今天傳播的固有距離為930億光年，由於宇宙在膨脹，相應的共動距離約為其3倍，具體數值與宇宙學參數有關，這一距離稱為今天宇宙的粒子視界。
另一個在物理學數量級估計中常用來表示宇宙大小的距離稱為哈勃距離，是哈勃常數的倒數乘以光速，其數值約為1.29×1026公尺，也約為138億光年。科普和科技書籍中所指宇宙的大小常指這個數值。哈勃距離可理解為四維時空的曲率半徑。
宇宙幾乎是由暗能量、暗物質與原有物質組成。其他的成分為電磁波（約占0.005-0.01%）與反物質。宇宙中所產生的電磁波總量，在過去20億年中減少了一半。原有物質包含了原子、恆星、星系與生命，在宇宙中只占有全部成分的4.9%。
在規模比超星系團大的可觀測宇宙，具有各向同性，也就是從地球上觀察宇宙的任一方向，其統計學上的性質皆相同。宇宙中充滿了強烈且各向同性的微波輻射，對應於熱平衡黑體波譜，大約為2.72548克耳文。「大尺度宇宙為各向同性」的假說，成為目前為人所知的宇宙學原理。無論在任何一個瞭望點觀察宇宙，皆具有均勻性與各向同性，且宇宙沒有所謂的中心。
宇宙為何正在膨脹，長期以來都找不到比較好的解釋。目前假設可能是由於一股未知的能量充斥在宇宙空間中，稱之為「暗能量」。在質能等價的基礎上，暗能量的密度（6.91 × 10−27 kg/m3）比星系中原有物質或暗物質來得小。然而，在現今的暗能量時代，由於暗能量均勻分布於宇宙中，因此它支配著宇宙的質能。
目前科學家所提出暗能量的兩個型態，皆為宇宙學常數；其一是「靜態」的能量密度，它能均勻分布在空間中，以及如第五元素或模數等純量場中；其二是「動態」的能量密度量數，會隨者空間與時間而有所變化。宇宙學常數通常也包含了恆定空間中純量場的貢獻。宇宙學常數可被定義為等同真空能量。如果純量場之間僅有非常微小的空間不均勻差異，那光從宇宙學常數是無法分辨出這些純量場。
宇宙的終極命運
根據天文觀測和宇宙學理論，可以對可觀測宇宙未來的演化作出預言。均勻各向同性的宇宙的膨脹滿足弗里德曼方程。
多年來，人們認為，根據這一方程，物質的引力會導致宇宙的膨脹減速。宇宙的最終命運決定於物質的多少：如果物質密度超過臨界密度，宇宙的膨脹最後會停止，並逆轉為收縮，最終形成與「大爆炸」相對的一場「大崩墜」（big crunch）；如果物質密度等於或低於臨界密度，則宇宙會一直膨脹下去。另外，宇宙的幾何形狀也與密度有關：如果密度大於臨界密度，宇宙的幾何應該是封閉的；如果密度等於臨界密度，宇宙的幾何是平直的；如果宇宙的密度小於臨界密度，宇宙的幾何是開放的。並且，宇宙的膨脹總是減速的。
然而，根據近年來對超新星和宇宙微波背景輻射等天文觀測所知，雖然物質的密度小於臨界密度，宇宙的幾何卻是平直的，也即宇宙總密度應該等於臨界密度。並且，膨脹正在加速。這些現象說明宇宙中存在著暗能量。不同於普通所說的「物質」，暗能量產生的重力不是引力而是斥力。在存在暗能量的情況下，宇宙的最終命運取決於暗能量的密度和性質，較不可能是「大擠壓」（big crunch），可能是漸緩膨脹趨於穩定，更可能是繼續無限膨脹或不斷加速膨脹至連原子也被摧毀的「大撕裂」（big rip）。目前，由於對暗能量的性質缺乏了解，還難以對宇宙的命運作出肯定的預言。
對於多重宇宙有不同的理解。一種理解是，位於可觀測宇宙之外的時空，構成其它的宇宙。例如，在宇宙暴脹中形成的其它大量時空，或者我們宇宙中黑洞奇點內我們所無法理解的時空。這些不同的時空部分總體構成了多重宇宙。另一種理解則強調這些不同的宇宙不僅僅是時空區的獨立，而且其中的表現的物理規律也可能有所不同，例如其中的粒子也許具有不同的電荷或質量，其物理常數也各不相同。
有時人們也把平行宇宙與多重宇宙當作同義詞。不過，平行宇宙還有一種理解，即量子力學中的多世界解釋。這種解釋認為，在量子力學中，存在多個平行的世界，在每個世界中，每次量子力學測量的結果各自不同，因此不同的歷史發生在不同的平行世界中。
佛教宇宙論
佛教中的世界一詞，相當於英語，既可指世界也可以指宇宙，但都是一種有限和被分割的觀念，而且大小是任意的，即可以從個人可以到達或看見和想像的層次區分成。而其雖然包括了星空和天象，但常被說成是有邊界的蒼穹而不是無邊的虛無的宇宙。
「世」為時間（註：三十年為一世）意，「界」為空間意，涵蓋了時間空間不可分隔的道理。中國古代形容大千世界多用「天下」一詞，而並無「世界」。蓋因世界乃佛教名詞，如今被廣為用之，但應當了解這個名詞的來源。據楞嚴經卷四載：世，即遷流之義；界，指方位。即於時間上有過去、現在、未來三世之遷流，空間上有東南西北、上下十方等定位場所之意。
佛經中，大的空間叫佛剎、虛空，小的叫微塵，統稱為「三千大千世界」。「佛教宇宙觀」主張宇宙係有無數個世界。集一千個小世界稱為「小千世界」，集一千個小千世界稱為「中千世界」，集一千個中千世界稱為「大千世界」；合小千、中千、大千總稱為三千大千世界。《華嚴經》稱：「知一世界即是無量無邊世界，知無量無邊世界即是一世界，知無量無邊世界入一世界，知一世界入無量無邊世界。」
色界諸天分為四禪，即初禪、二禪、三禪、四禪,總計十八天。初禪天三天,有梵眾天、梵輔天、大梵天；第二禪天三天,有少光天、無量光天、極光淨天；第三禪天三天,有少淨天、無量淨天、遍淨天；第四禪天為九天,有無雲天、福生天、廣果天、無想天﹑無煩天、無熱天、善現天、善見天、色究竟天。在無色界，還有空無邊處天、識無邊處天、無所有處天、非想非非想處天等四無色天。
印度神話描述宇宙之始，有一梵卵化為一人，即普魯沙，普魯沙有著數千個頭、眼睛和腳，後來普魯沙一分為三，就是三大神，大梵天（Brahma），大自在天（Shiva），以及妙毗天（Vishnu）。其中大梵天為宇宙之主，妙毗天是宇宙與生命的守護者。
古埃及神話中認為初始宇宙是來自阿多姆神（Atum），阿多姆一分為二，變成風神休（Shu）和雨神泰芙努特（Tefnut），接著Shu和Tefnut又生一女一子，也就是天空女神努特（Nut）和大地之神蓋布（Geb）。
時空的量子力學
時間和空間是人類文明最為古老的概念之一。可追溯至遠古時期，人類的耕作、放牧等日常勞動都需要測量土地、順天時，這就產生了最基礎的時空概念以及度量方法。古代就有「上下四方謂之宇，往古來今謂之宙」的說法。這裡的「宇宙」也就是時空的理念。這也就是誕生了最原始的一維時間和三維空間，並發展同宇宙產生聯繫。
近代科學，無處不涉及時空的概念和測量方法，特別是文藝復興以來，古典力學、物理學和天文學在對時空的認知上基本可以分為兩條不同但相交的線索：
其一，以牛頓和馬克士威的重要理論——古典力學和古典電磁學為代表的時間-空間概念，經歷愛因斯坦的狹義、廣義相對論，再到現代宇宙論。
其二，從牛頓力學經過量子理論、量子力學以及量子場理論，再到量子重力、超弦或M理論。
但物理學對於時空的認識還存在不少基本問題尚待解決，還需要進一步完善和發展。
量子力學是經歷最嚴格驗證的物理理論之一。至今為止，尚未找到任何能夠推翻量子力學的實驗數據。大多數物理學者認為，「幾乎」在所有情況下，它正確地描寫能量和物質的物理性質。雖然如此，量子力學中，依然存在著概念上的弱點和缺陷，除前面所述關於萬有引力的量子理論的缺乏以外，現今，對於量子力學的詮釋依然存在著嚴重爭議。
從初始到現今，量子力學的各種反直覺論述與結果一直不停地引起在哲學、詮釋方面的強烈辯論。甚至一些基礎論點，例如，馬克斯·玻恩關於機率幅與機率分布的基本定則，也需要經過數十年的嚴格思考論證，才被學術界接受。理察·費曼曾經說過一句銘言：「我認為我可以有把握地說，沒有人懂得量子力學！」史蒂文·溫伯格承認：「依照我現在的看法，完全令人滿意的量子力學詮釋並不存在。」
雖然在發表後已經過七十幾年光陰，哥本哈根詮釋仍舊是最為物理學者接受的對於量子力學的一種詮釋。它的主要貢獻者是尼爾斯·波耳與沃納·海森堡。根據這種詮釋，量子力學的機率性論述不是一種暫時補釘，並且最終將會被一種命定性理論取代，它必須被視為一種最終拋棄古典因果論思維的動作。在這裡，任何量子力學形式論的良好定義的應用必須將實驗設置納入考量，這是因為不同實驗狀況獲得的結果所具有的互補性。
身為量子理論的創始者之一的愛因斯坦很不滿意這種非命定性的論述。他認為量子力學不具有完備性，他提出一系列反駁論述，其中最著名的就是愛因斯坦-波多爾斯基-羅森佯謬。這佯謬建立於定域實在論。假設局區域實在論成立，則量子力學不具有完備性。接近三十年以後，約翰·貝爾發布論文表示，對於這個佯謬稍加理論延伸，就會導致對於量子力學與定域實在論出現不同的預言，因此可以做實驗檢試量子世界到底與哪種預言一致。為此，完成了很多相關實驗，這些實驗確定量子力學的預言正確無誤，定域實在論無法描述量子世界。
休·艾弗雷特三世提出的多世界詮釋認為，量子理論所做出的可能性的預言，全部會同步實現，這些現實成為彼此之間毫無關聯的平行宇宙。在這種詮釋裏，波函數不塌縮，它的發展是決定性的。但是由於隻身觀察者無法存在於所有的平行宇宙裏，只能觀察在身處的宇宙內發生的事件，而無法觀察到其它平行宇宙內發生的事件。這種詮釋不需要特殊處理測量動作。在這理論裏，薛丁格方程式無論何處無論何時都成立。對於任何測量動作，必須將整個系統，測量儀器與被測量物體，全部納入薛丁格方程式的運算。測量儀器與被測量物體所有可能的量子態都存在於一種真實的量子疊加，形成了糾纏態。雖然平行宇宙具有命定性，觀察者意識到由機率主導的非命定行為，因為觀察者只能觀察到自身所在的宇宙。多世界詮釋能夠透過貝爾的檢試實驗。近期研究發展將多世界詮釋與量子去相干理論合併在一起來解釋主觀的波函數塌縮。由於量子去相干機制，糾纏態會快速地演化為古典混合態。
戴維·玻姆提出了一種非定域性的隱變量理論，稱為導航波理論。在這種詮釋裏，波函數被理解為粒子的一個導航波。從結果上，這個理論預言的實驗結果，與非相對論哥本哈根詮釋的預言完全一樣，因此，使用實驗手段無法鑑別這兩個解釋。雖然這個理論的預言是命定性的，但是由於不確定原理無法推測出隱變量的精確狀態，其結果跟哥本哈根詮釋的結果一樣，使用導航波理論來解釋，實驗的結果具有機率性。至今為止，還不能確定這個解釋是否能夠擴展到相對論量子力學上去。路易·德布羅意和其他人也提出過類似的隱變量解釋。
在許多現代技術裝備中，量子效應起了重要的作用，例如，雷射的工作機制是愛因斯坦提出的受激發射、電子顯微鏡利用電子的波粒二象性來增加解析度、原子鐘使用束縛於原子的電子從一個能級躍遷至另一個能級時所發射出的微波信號的頻率來計算與維持時間的準確性、核磁共振成像倚賴核磁共振機制來探測物體內部的結構。對半導體的研究導致了二極體和三極體的發明，這些都是現代電子系統與電子器件不可或缺的元件。
以下列出了一些量子力學的應用，但實際上其應用並不限於這些領域。
(1)電子器件
量子力學在電子器件中得到了廣泛應用。比如發光二極體在日常照明中應用中越來越廣泛。現代計算機的基礎，微處理器，由上億個半導體電晶體集成，且隨著電晶體數量的增加，電晶體中的量子效應越來越明顯。量子力學對於解釋和模擬半導體器件中的電學、光學、熱學性質等尤其重要。
量子力學還是量子穿隧器件工作的基礎。比如USB非易失性快閃記憶體中，資訊的存儲和讀取都通過量子穿隧實現。
超導電子器件也與量子力學有著密切的關係。
(2)計算機和量子計算機
相比於電晶體等電子器件，量子計算機的研製則更為前沿。在一些特定算法下，量子計算機的速度會比古典架構的計算機快成千上萬倍（比如量子退火算法）。古典計算機使用0和1作為比特，而量子計算機則使用量子位作為基本單位。量子位由不同的電子態疊加形成。
(3)宇宙學和量子宇宙學
量子力學能夠用來解釋很多奇異的宇宙現象，例如，宇宙微波背景的頻譜可以用普朗克黑體輻射定律來解釋。宇宙微波背景證實了大爆炸理論的正確無誤，自此，穩態理論開始式微。從宇宙微波背景可以推論，早期宇宙非常炙熱、對於電磁輻射不透明、具有均質性與各向同性，是標準的黑體。
在恆星的生命終點，當所有核燃料都已用盡，恆星會開始重力塌縮的過程，最終可能變為白矮星、中子星或黑洞。這是因為包立不相容原理的作用。由於電子遵守包立不相容原理，因此在塌縮時，假若電子簡併壓力能夠克服重力，就會形成白矮星，否則會繼續塌縮，由於中子也遵守包立不相容原理，這時假若中子簡併壓力能夠克服重力，則會形成中子星，否則就會塌縮成黑洞。
(4)化學和量子化學
任何物質的化學性質，均是由其原子或分子的電子結構所決定的。通過解析包括了所有相關的原子核和電子的多粒子薛丁格方程式，可以計算出該原子或分子的電子結構。在實踐中，人們認識到，要計算這樣的方程式實在太複雜，對於許多案例，必需使用簡化的模型，找到可行的數學計算方法，才能夠找到近似的電子結構，從而確定物質的化學性質。實際上，量子電動力學是化學的基礎原理。
量子力學可以詳細描述原子的電子結構與化學性質。對於只擁有一個束縛電子的氫原子，薛丁格方程式有解析解，可以計算出相關的能級與氫原子軌域，而且能級符合氫原子光譜實驗的數據，從每一種氫原子軌域可以得到對應的電子機率分布。對於其它種原子（多電子原子），薛丁格方程式沒有解析解，只能得到近似解，可以計算出近似氫原子軌域的哈特里原子軌域，形狀相同，但尺寸與能級模式不一樣。使用哈特里原子軌域，可以解釋原子的電子結構與化學性質，週期表的元素排列。
量子力學能夠解釋，在分子裏的束縛電子怎樣將分子內部的原子綑綁在一起。對於最為簡單，只擁有一個束縛電子的氫分子離子H2+，應用玻恩–歐本海默近似（兩個原子核固定不動），薛丁格方程式有解析解，可以計算出它的分子軌域。但是對於其它更為複雜的分子，薛丁格方程式沒有解析解，只能得到近似解，只能計算出近似的分子軌域。理論化學中的分支，量子化學和計算化學，專注於使用近似的薛丁格方程式，來計算複雜的分子的結構及其化學性質。
(5)資訊學和量子資訊學
目前的研究聚焦於找到可靠與能夠直接處理量子態的方法。量子系統擁有一種特性，即對於量子數據的測量會不可避免地改變數據，這種特性可以用來偵測出任何竊聽動作。倚賴這特性，量子密碼學能夠保證通信安全性，使得通信雙方能夠產生並分享一個隨機的，安全的密鑰，來加密和解密資訊。比較遙遠的目標是發展出量子電腦。由於量子態具有量子疊加的特性，理論而言，量子電腦可以達成高度並行計算，其計算速度有可能以指數函數快過普通電腦。另外，應用量子纏結特性與古典通訊理論，量子遙傳能夠將物體的量子態從某個位置傳送至另一個位置。這是正在積極進行的一門學術領域。
量子重力，是對重力場進行量子化描述的理論，屬於萬有理論之一。研究方向主要嘗試結合廣義相對論與量子力學，是當前物理學尚未解決的問題。當前主流嘗試理論有：超弦理論、迴圈量子重力理論。重力波的發現，為量子重力理論提供了新的佐證。
古典描述下的重力，是由愛因斯坦於1916年建立的廣義相對論成功描述的。該理論透過質量對於時空曲率的影響（愛因斯坦方程式）而對水星近日點歲差偏移、重力場下光線紅移、光線彎折等三種問題提出了完滿的解釋，並且至今為止在天文學的觀測上，實驗數據與廣義相對論預測值的相符程度遠高於其他競爭理論。因此，廣義相對論描述古典重力的正確性很少有人懷疑。
另一方面，量子力學從狄拉克建立了相對論性量子力學的狄拉克方程式開始，擴充成量子場論的各種形式。其中包括了量子電動力學與量子色動力學，成功地解釋了四大基本力中的三者－電磁力、原子核的強力與弱力的量子行為，僅剩下重力的量子性尚未能用量子力學來描述。
除了未能達成對於重力量子（重力子）的描述之外，兩個成功的理論在根本架構上也有衝突之處：量子場論是建構在廣義相對論的平坦時空下基本力的粒子場上。如果要透過這種相同模式來對重力場進行量子化，則主要問題是在廣義相對論的彎曲時空架構，無法一如以往透過重整化的數學技巧來達成量子化描述，亦即重力子會互相吸引，而當把所有反應加總常會得到許許多多的無限大值，沒辦法用數學技巧得到有意義的有限值；相對地，例如量子電動力學中對於光子的描述，雖然仍會出現一些無限大值，但為數較少可以透過重整化方法可以將之消除，而得到實驗上可量到的、具有意義的有限值。
至於實驗方面，很遺憾，量子重力所探討的能量與尺度乃是目前實驗室條件下無法觀測得到的，有些學者提出一些觀點可能可以透過天文學上的觀測來檢驗，但仍屬少數特例。因此希望從實驗觀測得到一些關於量子重力理論發展上的提示，現階段仍屬不可行。
推導量子重力理論的一般方法是假設這個理論是簡單優雅的，然後回頭看看現前的理論，找尋對稱性及提示以想辦法優雅地合併它們成為一個更加普適的理論。這方法的一項問題是沒人可以肯定量子重力是否會是一個簡單優雅的理論。
這個理論的意義在於了解一些涉及龐大質量或能量以及很小尺度的空間的問題，例如黑洞的行為，以及宇宙的起源。
歷史上，對於量子理論與要求背景獨立的廣義相對論兩者明顯的矛盾曾出現過兩種反應。
第一種是廣義相對論所採的幾何詮釋並非究竟，而只是一個未知的背景相依理論的近似表現。舉例來說，這在史蒂文·溫伯格的古典教科書《重力與宇宙學》裡面被明白表示過。
另外相抗衡的觀點是背景獨立是基礎性質，而量子力學需要被一般化，改寫成一個沒有預設特定時間的理論。這樣的幾何觀點在米斯納（Charles W. Misner）、約翰·惠勒與基普·索恩三人合寫的古典著作《重力論》中詳述過。
理論物理巨擘對於重力意義採相反看法的兩本書，很有趣地幾乎同時發表於1970年代早期。出現了這樣的僵局使得理查·費曼在1960年代早期給太太的一封信中，絕望地寫道：「提醒我不要再參加任何一個重力會議。」理查·費曼對於使量子重力曾做過重要的嘗試。
這兩種論點分別發展出弦論與迴圈量子重力理論。
理論物理上最深奧的問題之一是調和廣義相對論以及量子力學。廣義相對論描述重力並且適用在大尺度結構（恆星、行星、銀河），而量子力學描述其他三種作用在微觀尺度的基本力。
廣義相對論教導我們沒有固定的時空背景，而在牛頓力學與狹義相對論則有出現；時空幾何是動態的。雖然在原則上容易掌握，這卻是廣義相對論中最難了解的概念，而且它所帶來的結果是相當深遠的，也沒完全地探索完，即使僅就古典層級而言。就某種程度而言，廣義相對論可以視作是一種關係理論，在這樣的理論中，物理上唯一要緊的訊息是時空中不同事件彼此間的關係。
另一方面，由於量子力學最開始是從固定背景(非動態的)結構開始研究的，它依賴於固定的時空背景。在量子力學中，時間是開始就給定而且非動態的，恰如牛頓的古典力學一般。在相對論性量子場論中，一如在古典場論中，閔可夫斯基時空是理論的固定背景。弦論從擴充量子場論出發，其中點粒子代之以弦樣物體，在固定時空背景中做傳遞。雖然弦論的起源是在夸克侷束（quark confinement）研究方面而不是在量子重力方面，很快就發現弦的頻譜包括了重力子，而且弦的幾種特定振動模式的「凝聚」等價於對原始背景的修改。
處在彎曲（非閔可夫斯基式）背景下的量子場論，雖然並非重力的量子理論，亦顯示了量子場論中的一些假設無法被延伸到彎曲時空中，完善的量子重力理論就更不用提了。特別地說，真空—當它存在時—被指出和觀察者所經過的時空路徑有相依性(見盎魯效應)。此外，場概念看起來比粒子概念還要來得基本(粒子概念被認為是描述局域交互作用的方便法)。後者觀點是有爭議性的，和史蒂文·溫伯格的著作《量子場論》在閔可夫斯基空間中所發展出的量子場論相矛盾。
迴圈量子重力是建構背景獨立量子理論的努力成果。拓撲量子場論提供了背景獨立量子場論的一例，但其沒有局域的自由度而僅有有限個全域自由度。如此要描述3+1維的重力則顯得不足；按照廣義相對論，即使在真空，重力也有局域自由度。然而在2+1維，重力就可以是拓撲場論，而其也被成功地透過多種方法進行量子化，包括自旋網路的方法。
此外尚有三處量子力學與廣義相對論的拉鋸戰。
(1)首先，廣義相對論預言了自己在奇點會失效，而量子力學在奇點附近則會和廣義相對論格格不入。
(2)其次，在量子力學的海森堡不確定原理下，粒子的位置與速度無法同時確知，尚不清楚如何決定一個粒子的重力場。
(3)最後一處的拉鋸戰並非邏輯上的矛盾，它涉及了「量子力學造成貝爾不等式的違反」（暗示超光速影響）與「相對論中光速作為速度上限」這兩者間的困境。前兩點的解決之道可能出自對於廣義相對論有更好的了解。
