磁矩是量子化的吗？《张朝阳的物理课》介绍自旋构成的二维子系统

磁矩是量子化的吗？《张朝阳的物理课》介绍自旋构成的二维子系统

磁矩是量子化的吗？物理学家是怎么从实验上证明自旋的存在的？怎么从数学上描述自旋构成的二维子系统？5月19日12时，《张朝阳的物理课》第一百四十四期开播，搜狐创始人、董事局主席兼首席执行官、物理学博士张朝阳坐镇搜狐视频直播间，先从网友们熟知的量子力学动量本征态切入，介绍了怎么用列向量和矩阵形式来表示量子力学中的态和算符，然后介绍并分析了斯特恩-盖拉赫实验，实验结果表明银原子的磁矩（或者自旋）构成一个二维子系统。在此基础上，张朝阳介绍了自旋的二维子系统的数学描述，并且得到了自旋算符的矩阵表示。

课程一开始，张朝阳以动量本征态作为基矢为例介绍了态矢按基的展开，以及态矢如何表示成列向量的形式。同时，张朝阳将算符用矩阵表示了出来，从而将算符对态矢的作用转化成了矩阵与列向量的乘积。

接着，张朝阳介绍了斯特恩-盖拉赫实验，然后通过分析银原子的拉莫尔进动说明了银原子磁矩在x、y方向的分量可以等效为0，张朝阳将此结论用于分析银原子受到的磁场力上，最终成功得到银原子所受磁力正比于磁矩的z分量，方向平行于z轴。根据这个结果以及经典力学的相关知识，可知斯特恩-盖拉赫实验的屏幕应该会出现银原子的连续分布，但是实际上银原子仅分布在关于x轴对称的两个狭小区域上，这说明银原子磁矩的z分量只能取互为相反数的两个值。

最后，张朝阳在银原子的自旋二维态空间上介绍了自旋算符的矩阵形式，并分别求出了这些算符的本征矢量，结果表明自旋算符各个分量的本征值都只能取同样一组互为相反数的值。张朝阳还介绍了沿任意方向的自旋算符的矩阵形式，并且给出了它的本征态表达式。

截至目前，《张朝阳的物理课》已直播一百余期，内容大都从自然界的现象出发，引出基本物理概念，推导基本理论，研算现象后面的根本原因，达到本质的理解。课程中使用较多数学推导展示物理与数学的不可分割，也能帮助读者提升数学水平。

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。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。