量子力學(xué)中的散射是怎樣的？《張朝陽(yáng)的物理課》介紹散射定態(tài)及其截面

4月29日消息，自由粒子射入一個(gè)勢(shì)場(chǎng)中會(huì)發(fā)生什么？在量子力學(xué)中應(yīng)該怎樣描述粒子的散射波函數(shù)？4月28日12時(shí)，《張朝陽(yáng)的物理課》第一百三十九期開(kāi)播，搜狐創(chuàng)始人、董事局主席兼CEO張朝陽(yáng)坐鎮(zhèn)搜狐視頻直播間，先回顧了前面幾節(jié)直播課介紹的關(guān)于波包演化的物理知識(shí)，闡述了為什么在量子力學(xué)中一般不直接研究波包而是研究單一平面波的演化。接著，張朝陽(yáng)考慮了散射定態(tài)問(wèn)題，在單一頻率平面波入射的情況下求出了散射波的漸近形式，并在此形式的基礎(chǔ)上得到了散射截面的表達(dá)式。

現(xiàn)實(shí)世界中的粒子波函數(shù)都是以波包形式存在的，那為什么在處理量子力學(xué)問(wèn)題時(shí)大多只考慮單一頻率的平面波呢？為了回答此問(wèn)題，張朝陽(yáng)結(jié)合近一個(gè)月所講授的物理課，以高斯波包的演化、平面波被各種勢(shì)壘所散射為例，說(shuō)明了一般的波包可以表示成平面波的疊加。因此，如果得到了平面波情況下的解，一般解可以通過(guò)疊加原理來(lái)得到。

接著，張朝陽(yáng)轉(zhuǎn)而介紹起三維情況下的散射問(wèn)題。先介紹了散射定態(tài)等相關(guān)物理知識(shí)，并在定態(tài)薛定諤方程的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析無(wú)窮遠(yuǎn)處時(shí)的漸近行為，得到了散射定態(tài)的無(wú)窮遠(yuǎn)漸近形式，在入射波是平面波的情況下，散射定態(tài)在無(wú)窮遠(yuǎn)處由入射波與散射波組成，其中散射波是球面波。

最后，通過(guò)分析概率流密度，張朝陽(yáng)成功將散射定態(tài)的漸近形式與實(shí)驗(yàn)中的觀測(cè)量聯(lián)系了起來(lái)，并且介紹了微分散射截面的概念，同時(shí)推導(dǎo)出了微分散射截面的表達(dá)式，結(jié)果表明微分散射截面等于散射球面波的系數(shù)的模方。

截至目前，《張朝陽(yáng)的物理課》已直播一百余期，內(nèi)容豐富、覆蓋廣泛，理論公式由淺入深、繁簡(jiǎn)交融。從去年11月開(kāi)啟第一節(jié)物理直播課，他先是從經(jīng)典物理學(xué)開(kāi)始，科普了牛頓運(yùn)動(dòng)定律等；而后從經(jīng)典物理的“兩朵烏云”說(shuō)起，向近現(xiàn)代物理過(guò)渡，探討了黑體輻射理論中的維恩公式、普朗克公式等知識(shí)。

此后逐步進(jìn)入量子力學(xué)領(lǐng)域，從基礎(chǔ)的薛定諤方程等理論內(nèi)容，到氫原子波函數(shù)，再到氣體定容比熱的溫度階梯，并順勢(shì)講解了熱力學(xué)定律。接著回到了經(jīng)典物理，推導(dǎo)出飛船運(yùn)行軌跡，估算太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)以及中子星的自轉(zhuǎn)速度。

隨后講解了陀螺的進(jìn)動(dòng)，還計(jì)算出月球的潮汐高度。緊接著開(kāi)始介紹狹義相對(duì)論的四維語(yǔ)言，并逐步過(guò)渡到了電磁學(xué)。之后從阿基米德的浮力定律開(kāi)始，講解流體力學(xué)最重要的NS方程，以及流體力學(xué)在生活中的應(yīng)用，還用熱傳導(dǎo)方程解釋了生活中熱量的傳遞。最近，又重新回歸量子力學(xué)，繼續(xù)深入挖掘其中的物理內(nèi)涵及其現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。

《張朝陽(yáng)的物理課》的直播風(fēng)格獨(dú)樹(shù)一幟：以演算物理為特色，注重從日?，F(xiàn)象引入，通過(guò)一步一步詳盡計(jì)算和硬核推導(dǎo)，理解自然界的基本規(guī)律。

據(jù)了解，《張朝陽(yáng)的物理課》于每周周五、周日中午12時(shí)在搜狐視頻直播，網(wǎng)友可以在搜狐視頻“關(guān)注流”中搜索“張朝陽(yáng)”，觀看直播及往期完整視頻回放；關(guān)注“張朝陽(yáng)的物理課”賬號(hào)，查看課程中的“知識(shí)點(diǎn)”短視頻；此外，還可以在搜狐新聞APP的“搜狐科技”賬號(hào)上，閱覽每期物理課程的詳細(xì)文章。

除了《張朝陽(yáng)的物理課》外，在直播方面，搜狐視頻正持續(xù)打造知識(shí)直播平臺(tái)，邀請(qǐng)各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域的頭部播主入駐，進(jìn)行科普知識(shí)直播。中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院導(dǎo)航系統(tǒng)部副主任、中國(guó)科學(xué)院導(dǎo)航總體部副總工程師徐穎帶你探究“北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是怎么影響我們?nèi)粘Ｉ畹摹?；浙江大學(xué)化學(xué)系博士后、蛟龍?zhí)柺孜淮笱笊顫撆茖W(xué)家、自然資源部第二海洋研究所副研究員唐立梅教你“透過(guò)巖石看地球”；華中師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授、湖北衛(wèi)視《我說(shuō)國(guó)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(shū)院創(chuàng)始人、世界科幻雨果獎(jiǎng)得主郝景芳分享“如何做好下一代的科學(xué)啟蒙？”……未來(lái)將有更多知識(shí)主播入駐搜狐視頻，一同玩轉(zhuǎn)科學(xué)，探索不同領(lǐng)域。

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