轨道角动量如何赋予氢原子磁矩？《张朝阳的物理课》解密量子概率密度与概率流

　　量子力学中粒子的概率密度满足守恒方程吗？氢原子为何拥有磁矩？一个运动的粒子如何爬上阶梯？4月2日12时，《张朝阳的物理课》第134期开播，搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳首先为大家介绍了量子力学中概率密度和概率流的定义，同从薛定谔导出概率流守恒方程。其后，为了更好地理解这两个新概念，张朝阳计算了氢原子能量本征态对应地概率流，发现当磁量子数不为零时，核外电子会形成环流，进而带来非零的磁矩。仅接着他还讨论了一个自由传播的粒子遇到阶梯势场时的行为，发现当粒子能量能够克服阶梯高度时候，粒子有一定的概率会爬上阶梯继续向前，也有一定的概率会被反弹向后传播。借助概率流的概念，可以证明这个过程中量子力学概率诠释是恰当而适用的。

　　在直播课上，张朝阳类比流体力学中的物理流守恒方程和电动力学中的电荷流守恒方程，引出了概率密度和概率流的定义，发现它们是量子力学概率诠释中相互补充的部分。同时，从薛定谔方程出发，可以证明了量子力学中也有形式与经典宏观物理一致的流守恒方程。

　　紧接着，为了对概率流有更直观的认识，张朝阳计算了动量本征态和氢原子能量本征态等几个定态下的概率流。对磁量子数不为零的氢原子，张朝阳发现其中会存在一个环流。由于此时的我们关心的是带电粒子，这个环流将诱导出一个环形电流，进而可以计算这个电流产生的磁矩，发现它正对应氢原子的磁矩，进而可以对氢原子的光谱劈裂等现象给出解释。

　　此外，张朝阳还计算了一维量子系统中，一个本来自由传播的粒子遇到阶梯势后的行为。他发现，如果粒子的能量能够克服阶梯，则粒子有概率会放慢速度继续向前传播；但同时，粒子扔有一定给的概率会被阶梯反弹转向后传播。利用概率流的定义，可以证明这个过程满足概率守恒定律，量子力学的概率诠释是恰当且适用的。

　　截至目前，《张朝阳的物理课》已直播一百余期，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。