氢原子的轨道磁矩从何而来？《张朝阳的物理课》解密氢原子磁矩起源

氢原子为何拥有内禀磁矩？它的第三个量子数为何又被称为磁量子数？量子力学的结果和经典力学的结果之间有对应的关系吗？4月7日12时，《张朝阳的物理课》第135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，首先为回顾了概率流的定义和氢原子能级的计算，然后详细讨论了氢原子定态中的环绕z轴概率流密度，并计算了由其诱导出的磁矩的大小。这个磁矩即氢原子内禀的轨道磁矩，可以看到，这样一个基于量子力学的结果和完全基于经典力学的玻尔模型得到的结果是一致的。

在直播课上，张朝阳首先回顾了概率密度和概率流的定义，以及氢原子能量本征值和本征态的计算。紧接着，张朝阳计算了氢原子能量本征态对应的概率流，发现它是一个绕z轴旋转的环流。由于这个环流带有电荷，它将诱导出z轴方向的磁矩，即是氢原子内禀的轨道磁矩。这个磁矩的大小可以通过精细计算得出，发现其正比于氢原子的磁量子数，这也是后者名称的来源。

此外，张朝阳还从氢原子的玻尔模型出发，利用经典力学计算了电子绕原子核旋转产生的磁矩，发现和量子力学的结果在形式上是一致的。两种方法的对照，说明经典力学与量子力学之间有天然的对应关系，一个良好的经典模型应该能给出自洽的好结果，同时可以为量子力学描述的物理过程提供形象的解释，加深我们对量子力学的理解。

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。之后从阿基米德的浮力定律开始，讲解流体力学最重要的NS方程，以及流体力学在生活中的应用。最近又由热传导方程解释了生活中热量的传递。

《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。

来源：中国青年网