磁矩是量子化的嗎？《張朝陽的物理課》介紹自旋構成的二維子系統

磁矩是量子化的嗎？物理學家是怎么從實驗上證明自旋的存在的？怎么從數學上描述自旋構成的二維子系統？5月19日12時，《張朝陽的物理課》第一百四十四期開播，搜狐創始人、董事局主席兼首席執行官、物理學博士張朝陽坐鎮搜狐視頻直播間，先從網友們熟知的量子力學動量本征態切入，介紹了怎么用列向量和矩陣形式來表示量子力學中的態和算符，然后介紹并分析了斯特恩蓋拉赫實驗，實驗結果表明銀原子的磁矩（或者自旋）構成一個二維子系統。在此基礎上，張朝陽介紹了自旋的二維子系統的數學描述，并且得到了自旋算符的矩陣表示。

課程一開始，張朝陽以動量本征態作為基矢為例介紹了態矢按基的展開，以及態矢如何表示成列向量的形式。同時，張朝陽將算符用矩陣表示了出來，從而將算符對態矢的作用轉化成了矩陣與列向量的乘積。

接著，張朝陽介紹了斯特恩蓋拉赫實驗，然后通過分析銀原子的拉莫爾進動說明了銀原子磁矩在x、y方向的分量可以等效為0，張朝陽將此結論用于分析銀原子受到的磁場力上，最終成功得到銀原子所受磁力正比于磁矩的z分量，方向平行于z軸。根據這個結果以及經典力學的相關知識，可知斯特恩蓋拉赫實驗的屏幕應該會出現銀原子的連續分布，但是實際上銀原子僅分布在關于x軸對稱的兩個狹小區域上，這說明銀原子磁矩的z分量只能取互為相反數的兩個值。

最后，張朝陽在銀原子的自旋二維態空間上介紹了自旋算符的矩陣形式，并分別求出了這些算符的本征矢量，結果表明自旋算符各個分量的本征值都只能取同樣一組互為相反數的值。張朝陽還介紹了沿任意方向的自旋算符的矩陣形式，并且給出了它的本征態表達式。

截至目前，《張朝陽的物理課》已直播一百余期，內容大都從自然界的現象出發，引出基本物理概念，推導基本理論，研算現象后面的根本原因，達到本質的理解。課程中使用較多數學推導展示物理與數學的不可分割，也能幫助讀者提升數學水平。

據了解，《張朝陽的物理課》于每周周五、周日中午12時在搜狐視頻直播，網友可以在搜狐視頻“關注流”中搜索“張朝陽”，觀看直播及往期完整視頻回放；關注“張朝陽的物理課”賬號，查看課程中的“知識點”短視頻；此外，還可以在搜狐新聞APP的“搜狐科技”賬號上，閱覽每期物理課程的詳細文章。

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