量子力学中的散射是怎样的？《张朝阳的物理课》介绍散射定态及其截面

自由粒子射入一个势场中会发生什么？在量子力学中应该怎样描述粒子的散射波函数？4月28日12时，《张朝阳的物理课》第一百三十九期开播，搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间，先回顾了前面几节直播课介绍的关于波包演化的物理知识，阐述了为什么在量子力学中一般不直接研究波包而是研究单一平面波的演化。接着，张朝阳考虑了散射定态问题，在单一频率平面波入射的情况下求出了散射波的渐近形式，并在此形式的基础上得到了散射截面的表达式。

现实世界中的粒子波函数都是以波包形式存在的，那为什么在处理量子力学问题时大多只考虑单一频率的平面波呢？为了回答此问题，张朝阳结合近一个月所讲授的物理课，以高斯波包的演化、平面波被各种势垒所散射为例，说明了一般的波包可以表示成平面波的叠加。因此，如果得到了平面波情况下的解，一般解可以通过叠加原理来得到。

接着，张朝阳转而介绍起三维情况下的散射问题。先介绍了散射定态等相关物理知识，并在定态薛定谔方程的基础上，通过分析无穷远处时的渐近行为，得到了散射定态的无穷远渐近形式，在入射波是平面波的情况下，散射定态在无穷远处由入射波与散射波组成，其中散射波是球面波。

最后，通过分析概率流密度，张朝阳成功将散射定态的渐近形式与实验中的观测量联系了起来，并且介绍了微分散射截面的概念，同时推导出了微分散射截面的表达式，结果表明微分散射截面等于散射球面波的系数的模方。

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，还用热传导方程解释了生活中热量的传递。最近，又重新回归量子力学，继续深入挖掘其中的物理内涵及其现实应用。

《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。

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。