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势场中的微观粒子如何演化?《张朝阳的物理课》试解薛定谔方程

2023-03-20 18:22:03 稿件来源: 编辑:王颖责任编辑:张萍

如何在给定势场中的微观粒子如何随时间演化?哈密顿算符在量子力学中为何如此重要?在微观世界如何进行物理观测?3月19日12时,《张朝阳的物理课》第131期开播,搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间,首先为大家回顾了波包传播中的相速度和群速度,然后运用解微分方程“三板斧”讨论了具有势场的薛定谔方程,发现其解的一般形式是具有时间相位的哈密顿量本征态的线性组合。在这个过程中,张朝阳详尽分析了相关数学技巧对应的物理意义,引出了定态的定义和在量子力学中对测量的概率诠释,并用整个框架重新分析了在无限深方势阱中的粒子是如何演化的。

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在直播课开始部分,张朝阳给网友们复习了一个具有初速度得波包如何向前传播,由此可以引出波包的相速度和群速度的定义。前者是波包相位的传播速度,不具有物理意义;后者是波包振幅的传播速度,是波包运动物理的真实的刻画。

此后,张朝阳从对自由粒子的讨论转向对被势场约束的微观粒子演化问题的探讨,利用偏微分方程的求解技巧得到了最一般的薛定谔方程的通解,并详细分析了求解过程中的物理内涵,与各位观众一起回顾了量子力学以算符表达力学量、以波函数描述物理对象、以概率表征测量结果的思想。

为了更好地理解本节直播课的内容,张朝阳在这个框架下重新分析了量子力学中最简单的势场——无限深方势阱,给出了被局限在两堵高墙中的粒子随时间演化的一般数学形式,以及对应的物理内涵。

截至目前,《张朝阳的物理课》已直播一百余期,内容丰富、覆盖广泛,理论公式由浅入深、繁简交融。从去年11月开启第一节物理直播课,他先是从经典物理学开始,科普了牛顿运动定律等;而后从经典物理的“两朵乌云”说起,向近现代物理过渡,探讨了黑体辐射理论中的维恩公式、普朗克公式等知识。

此后逐步进入量子力学领域,从基础的薛定谔方程等理论内容,到氢原子波函数,再到气体定容比热的温度阶梯,并顺势讲解了热力学定律。接着回到了经典物理,推导出飞船运行轨迹,估算太阳的结构与性质以及中子星的自转速度,随后讲解了陀螺的进动,还计算出月球的潮汐高度。紧接着开始介绍狭义相对论的四维语言,并逐步过渡到了电磁学。

《张朝阳的物理课》的直播风格独树一帜:以演算物理为特色,注重从日常现象引入,通过一步一步详尽计算和硬核推导,理解自然界的基本规律。

据了解,《张朝阳的物理课》于每周周五、周日中午12时在搜狐视频直播,网友可以在搜狐视频“关注流”中搜索“张朝阳”,观看直播及往期完整视频回放;关注“张朝阳的物理课”账号,查看课程中的“知识点”短视频;此外,还可以在搜狐新闻APP的“搜狐科技”账号上,阅览每期物理课程的详细文章。

除了《张朝阳的物理课》外,在直播方面,搜狐视频正持续打造知识直播平台,邀请各个科学领域的头部播主入驻,进行科普知识直播。在搜狐视频科学演讲局“了不起的她·三八节特别版”主题演讲中,中国科学院空天信息创新研究院导航系统部副主任、中国科学院导航总体部副总工程师徐颖带你探究“北斗导航系统是怎么影响我们日常生活的”;浙江大学化学系博士后、蛟龙号首位大洋深潜女科学家、自然资源部第二海洋研究所副研究员唐立梅教你“透过岩石看地球”;华中师范大学生命科学学院教授、湖北卫视《我说国家安全》嘉宾李睿讲解“从海洋到陆地,微塑料如何影响你我他?”;科幻作家、童行书院创始人、世界科幻雨果奖得主郝景芳分享“如何做好下一代的科学启蒙?”……未来将有更多知识主播入驻搜狐视频,一同玩转科学,探索不同领域。

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