大学物理量子力学知识点总结：张朝阳的物理课第七课再现经典力学窘境

当实验和理论计算出来的数据不一样，是否意味着物理学错了？经典力学原来不是万能的？11月28日12时，搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间，通过对双原子气体的理想气体方程、KT与气压和内能关系的演算，带领网友重温经典力学的第一次窘境，科普了“两朵乌云”，由此引入20世纪相对论和量子力学的概念。

结合第六期“温度的故事”，张朝阳简单复习了从理论和实验推算出来的理想气体状态方程。他指出，我们经常遇到的不是氦气这类最接近理想气体的单原子气体，那么双原子气体，比如氧气、氢气、氮气，是否也适用理想气体状态方程？

张朝阳卖个关子，“实验证明是对的，但理论上怎么解释呢？”他说，“今天主要研究一下双原子气体的情况，就微观的情况来解释。”计算涉及到自由度、平动动能、转动动能、振动动能、势能等概念，并使用波动方程、理想气体状态方程pV=nRT、比热容比γ=Cp/Cv，得出γ的值为1.4。

张朝阳计算比热容比γ

张朝阳借助能量均分定理做推导。在经典统计力学中，能量均分定理是一种联系系统温度及其平均能量的基本公式。为了方便网友理解，张朝阳将此比喻成蓄水池、口袋和遗产分配。

然而问题出现了。根据能量均分定律，计入双原子气体的平动动能、转动动能、振动动能和势能后，计算结果为1.286，并不等于1.4。张朝阳又试图去掉势能，结果是1.3，依然小于1.4。“这是经典力学的第一次灾难。”张朝阳介绍，1900年新春之际，物理学家开尔文在演讲中提到，19世纪已将物理学大厦全部建成，但物理学的天空上，还飘浮着两朵小小的，令人不安的乌云。一朵为以太漂移实验的否定结果，另一朵为黑体辐射的紫外灾难，包括气体比热中能量均分定律的失败。

张朝阳指出，在那个年代，经典力学堪称解释一切。正是遭遇到这样的挑战，才触发了相对论的发现和量子力学的发展。张朝阳在去掉势能的基础上，继续减去振动动能，只保留平动动能和转动动能，终于得出γ等于1.4的结论。随后，他用量子力学的能级概念，验证了计算过程。“这是当时开尔文解决不了的，等20世纪量子力学出来才解决。”

自11月5日开始，《张朝阳的物理课》已直播七期。在第一、第二课中，张朝阳科普了“力”和“速度”，并现场计算出马斯克的飞船和中国空间站每日绕地飞行的圈数；第三、四课的内容则一脉相承，和“振动”相关，科普了可见光的基本知识，解释了早中晚太阳颜色不一样的原因，以及天空呈现蓝色的秘密。第五、六课，则引发了关于音速和温度的大讨论。今天的课程则则重温19世纪经典力学遭遇的第一次窘境，带领网友首次触摸量子力学。

《张朝阳的物理课》不仅解释了生活中常见现象背后的原理，还层层深入，将知识点落到物理公式上。他通过第一宇宙速度、第二宇宙速度、库伦定律、简谐运动等，层层递进，步步演算，得出了瑞利散射、单摆、物理摆、理想气体状态公式。课后，网友还可通过“直播白板”复习。也有“课代表”将每堂课的笔记，发布在搜狐新闻客户端“关注流”上，便于网友查漏补缺。

观察生活现象 解释背后原理 推导演算公式，结合六期《张朝阳的物理课》可以看出，直播课程都是从日常现象引入，先帮助网友理解现象，提升兴趣，接着“透过现象看本质”，解释物理知识，反过来解决生活中的问题。

这也印证着课堂开始的观点：“物理是算出来的，玄乎其玄的科幻概念和实证有区别。”张朝阳认为虽然物理并不轻松，但每个人不应该觉得自己可能学不会一件事而不去学，恰恰相反，聪明在于过程，看起来枯燥的物理知识如果经过分解后再理解，并不一定比生活中的事更困难。张朝阳鼓励网友应该打破思维的边界，科学学习，希望每个人都能对这个世界充满更多的好奇心与勇气。

据了解，在未来课程中，张朝阳还会解答宇宙大爆炸和光子辐射。通过设置一个个话题，以深入浅出的讲解方式，利用物理学解释生活现象，达到专业人士认可，普通人能听懂的效果，借此激发科学学习的热潮。该课程将于每周周五、周日12时在搜狐视频直播。