《張朝陽的物理課》解密量子概率密度與概率流

量子力學中粒子的概率密度滿足守恒方程嗎？氫原子為何擁有磁矩？一個運動的粒子如何爬上階梯？4月2日12時，《張朝陽的物理課》第134期開播，搜狐創始人、董事局主席兼CEO張朝陽坐鎮搜狐視頻直播間，首先為大家介紹了量子力學中概率密度和概率流的定義，同從薛定諤導出概率流守恒方程。其后，為了更好地理解這兩個新概念，張朝陽計算了氫原子能量本征態對應地概率流，發現當磁量子數不為零時，核外電子會形成環流，進而帶來非零的磁矩。僅接著他還討論了一個自由傳播的粒子遇到階梯勢場時的行為，發現當粒子能量能夠克服階梯高度時候，粒子有一定的概率會爬上階梯繼續向前，也有一定的概率會被反彈向后傳播。借助概率流的概念，可以證明這個過程中量子力學概率詮釋是恰當而適用的。

在直播課上，張朝陽類比流體力學中的物理流守恒方程和電動力學中的電荷流守恒方程，引出了概率密度和概率流的定義，發現它們是量子力學概率詮釋中相互補充的部分。同時，從薛定諤方程出發，可以證明了量子力學中也有形式與經典宏觀物理一致的流守恒方程。

緊接著，為了對概率流有更直觀的認識，張朝陽計算了動量本征態和氫原子能量本征態等幾個定態下的概率流。對磁量子數不為零的氫原子，張朝陽發現其中會存在一個環流。由于此時的我們關心的是帶電粒子，這個環流將誘導出一個環形電流，進而可以計算這個電流產生的磁矩，發現它正對應氫原子的磁矩，進而可以對氫原子的光譜劈裂等現象給出解釋。

此外，張朝陽還計算了一維量子系統中，一個本來自由傳播的粒子遇到階梯勢后的行為。他發現，如果粒子的能量能夠克服階梯，則粒子有概率會放慢速度繼續向前傳播；但同時，粒子扔有一定給的概率會被階梯反彈轉向后傳播。利用概率流的定義，可以證明這個過程滿足概率守恒定律，量子力學的概率詮釋是恰當且適用的。

截至目前，《張朝陽的物理課》已直播一百余期，內容豐富、覆蓋廣泛，理論公式由淺入深、繁簡交融。從去年11月開啟第一節物理直播課，他先是從經典物理學開始，科普了牛頓運動定律等；而后從經典物理的“兩朵烏云”說起，向近現代物理過渡，探討了黑體輻射理論中的維恩公式、普朗克公式等知識。

此后逐步進入量子力學領域，從基礎的薛定諤方程等理論內容，到氫原子波函數，再到氣體定容比熱的溫度階梯，并順勢講解了熱力學定律。接著回到了經典物理，推導出飛船運行軌跡，估算太陽的結構與性質以及中子星的自轉速度，隨后講解了陀螺的進動，還計算出月球的潮汐高度。緊接著開始介紹狹義相對論的四維語言，并逐步過渡到了電磁學。

《張朝陽的物理課》的直播風格獨樹一幟：以演算物理為特色，注重從日常現象引入，通過一步一步詳盡計算和硬核推導，理解自然界的基本規律。

據了解，《張朝陽的物理課》于每周周五、周日中午12時在搜狐視頻直播，網友可以在搜狐視頻“關注流”中搜索“張朝陽”，觀看直播及往期完整視頻回放；關注“張朝陽的物理課”賬號，查看課程中的“知識點”短視頻；此外，還可以在搜狐新聞APP的“搜狐科技”賬號上，閱覽每期物理課程的詳細文章。

除了《張朝陽的物理課》外，在直播方面，搜狐視頻正持續打造知識直播平臺，邀請各個科學領域的頭部播主入駐，進行科普知識直播。在搜狐視頻科學演講局“了不起的她·三八節特別版”主題演講中，中國科學院空天信息創新研究院導航系統部副主任、中國科學院導航總體部副總工程師徐穎帶你探究“北斗導航系統是怎么影響我們日常生活的”；浙江大學化學系博士后、蛟龍號首位大洋深潛女科學家、自然資源部第二海洋研究所副研究員唐立梅教你“透過巖石看地球”；華中師范大學生命科學學院教授、湖北衛視《我說國家安全》嘉賓李睿講解“從海洋到陸地，微塑料如何影響你我他？”；科幻作家、童行書院創始人、世界科幻雨果獎得主郝景芳分享“如何做好下一代的科學啟蒙？”……未來將有更多知識主播入駐搜狐視頻，一同玩轉科學，探索不同領域。