此外 , 对于“如何用不确定性原理估算出氢原子半径?”的问题 , 张朝阳解释 , 从经典电动力学的观点看 , 电子绕原子核转动会向外辐射电磁波 , 能量降低 , 且迅速塌缩到原子核里 , 那么氢原子就不能稳定存在了 。 但在量子力学中 , 定性地讲 , 动量与位置满足不确定性关系 , 电子往原子核塌缩时 , 其位置不确定度越小 , 动量不确定度就越大 , 从而让电子有远离原子核的趋势 , 抵消了电子往原子核塌缩的趋势 。
张朝阳不仅做了定性的说明 , 还做了定量的计算 。 他现场推导利用不确定性原理将动量表示成位置的不确定度并代入到哈密顿量中 , 计算出能量取最小值时的位置不确定度 。 这正是玻尔半径 , 也就是氢原子处于基态时电子的“轨道半径” , 电子并不会塌缩到原子核内 。 张朝阳惊叹这种简单估算得到的结果竟然与严格求解薛定谔方程的结果相一致 。 这正体现了不确定性原理的简洁、深刻、有效 。
“网红”物理老师李永乐现场助阵 讲述爱因斯坦发现广义相对论过程
人大附中物理教师、科普视频创作者李永乐也来到了“新春第一课”的现场 , 作为特邀嘉宾 , 与张朝阳一起和同学们进行互动交流 。
对于同学们都很关心的爱因斯坦与相对论的问题 , 李永乐现场补充解释 , 狭义相对论最大的局限是不能处理引力问题 。 爱因斯坦提出等效原理 , 认为引力场与以适当加速度运动的参考系是等价的 , 这扩充了惯性系的概念 , 跟随引力自由落体的参考系其实可以看成一个局部的惯性系 。 这暗示了引力其实是时空的一个属性 , 而不只是一种单纯的力 , 因此爱因斯坦进一步将引力几何化 , 得到了广义相对论 。
此外 , 他还聊到了爱因斯坦的奇闻轶事 , 讲述了他提出狭义相对论乃至广义相对论的历史过程 , 以及在这个过程中 , 他受到朋友们的帮助和启发的故事 。
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还有同学现场提到在刚结束的冬奥会上 , 联通5G直播背后的物理学原理问题 。 李永乐以精简且有趣的语言阐述了联通5G大速率、低延时、覆盖广等优势 , 体现了大国实力下科技为生活增添美好的硬核实力 。 此外 , 他还聊到了爱因斯坦的奇闻轶事 , 讲了他提出狭义相对论乃至广义相对论的过程 , 以及在这个过程中他受到朋友的帮助与启发的故事 。 课堂最后 , 张朝阳与李永乐用三星Galaxy S22手机和到场的全体同学一起合影留念 。
持续打造知识直播平台 搜狐视频吸引诸多科普播主入驻
截至目前 , 《张朝阳的物理课》已直播三十多期 。 张朝阳1986年从清华大学物理系毕业 , 并于同年考取李政道奖学金赴美留学 。 1993年底在美国麻省理工学院(MIT)获得博士学位 , 并继续在MIT从事博士后研究 , 1996年回国创业 。
这也是阔别物理20多年后 , 张朝阳重拾物理 。 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与能量动量守恒原理等;而后从经典物理的“两朵乌云”说起 , 向近现代物理过渡 , 探讨了由黑体辐射研究引出的维恩、瑞利-金斯、斯特潘、普朗克等系列公式 。
此后的物理课程逐步进入量子力学领域 , 从基础的薛定谔方程、算符对易关系等理论内容 , 到无限深势阱、氢原子波函数 , 再到谐振子量子化、气体定容比热的温度阶梯等更加具体实用的案例 。 内容丰富、覆盖广泛 , 理论公式由浅入深、繁简交融 。
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