磁矩是量子化的嗎？物理學(xué)家是怎么從實(shí)驗(yàn)上證明自旋的存在的？怎么從數(shù)學(xué)上描述自旋構(gòu)成的二維子系統(tǒng)？5月19日，《張朝陽(yáng)的物理課》第一百四十四期開(kāi)播，搜狐創(chuàng)始人、董事局主席兼首席執(zhí)行官、物理學(xué)博士張朝陽(yáng)坐鎮(zhèn)搜狐視頻直播間，從網(wǎng)友們熟知的量子力學(xué)動(dòng)量本征態(tài)切入，介紹了怎么用列向量和矩陣形式來(lái)表示量子力學(xué)中的態(tài)和算符，然后介紹并分析了斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明銀原子的磁矩（或者自旋）構(gòu)成一個(gè)二維子系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，張朝陽(yáng)介紹了自旋的二維子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述，并且得到了自旋算符的矩陣表示。

課程伊始，張朝陽(yáng)以動(dòng)量本征態(tài)作為基矢為例介紹了態(tài)矢按基的展開(kāi)，以及態(tài)矢如何表示成列向量的形式。同時(shí)，張朝陽(yáng)將算符用矩陣表示了出來(lái)，從而將算符對(duì)態(tài)矢的作用轉(zhuǎn)化成了矩陣與列向量的乘積。

接著，張朝陽(yáng)介紹了斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)。通過(guò)分析銀原子的拉莫爾說(shuō)明了銀原子磁矩在x、y方向的分量可以等效為0，張朝陽(yáng)將此結(jié)論用于分析銀原子受到的磁場(chǎng)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(jù)這個(gè)結(jié)果以及經(jīng)典力學(xué)的相關(guān)知識(shí)，可知斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)的屏幕應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)銀原子的連續(xù)分布，但是實(shí)際上銀原子僅分布在關(guān)于x軸對(duì)稱的兩個(gè)狹小區(qū)域上，這說(shuō)明銀原子磁矩的z分量只能取互為相反數(shù)的兩個(gè)值。

最后，張朝陽(yáng)在銀原子的自旋二維態(tài)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(jié)果表明自旋算符各個(gè)分量的本征值都只能取同樣一組互為相反數(shù)的值。張朝陽(yáng)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(tài)表達(dá)式。

截至目前，《張朝陽(yáng)的物理課》已直播一百余期，內(nèi)容大都從自然界的現(xiàn)象出發(fā)，引出基本物理概念，推導(dǎo)基本理論，研算現(xiàn)象后面的根本原因，達(dá)到本質(zhì)的理解。課程中使用較多數(shù)學(xué)推導(dǎo)展示物理與數(shù)學(xué)的不可分割，也能幫助讀者提升數(shù)學(xué)水平。

據(jù)了解，除《張朝陽(yáng)的物理課》之外，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)域的頭部主播入駐，進(jìn)行科普知識(shí)直播。一同玩轉(zhuǎn)科學(xué)，探索不同領(lǐng)域。