泡利提出不相容原理(什么是泡利不相容原理)

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什么是泡利不相容原理:

泡利不相容原理是由奥地利物理学家泡利(1900~1958)提出的。1924年,泡利发表了他的“不相容原理”;简单的说就是:原子中不能有2个电子处于同一量子态上。

泡利提出不相容原理(什么是泡利不相容原理)插图

泡利提出不相容原理:

泡利(Wolfgang Ernst Pauli,1900~1958),瑞士籍奥地利理论物理学家,1900年4月25日生于维也纳。1918年中学毕业后就成为慕尼黑大学的研究生,导师是A·索末菲。1921年以一篇关于氢分子模型的论文获得博士学位。1922年在哥廷根大学任M·玻恩的助教,结识了来该校讲学的N·玻尔。这年秋季到哥本哈根大学理论物理学研究所工作。1923~1928年,在汉堡大学任讲师。1928年到瑞士苏黎世的联邦工业大学任理论物理学教授。1935年为躲避法西斯迫害而到美国,1940年受聘为普林斯顿高级研究院的理论物理学访问教授。由于发现“不相容原理”(后称泡利不相容原理),获得1945年诺贝尔物理学奖。1946年重返苏黎世的联邦工业大学。1958年12月15日在苏黎世逝世。

泡利不相容原理是泡利于1925年1月16日提出的。原子中不可能有两个或两个以上电子处在同一状态。电子的状态可以用四个量子数来表示,则原子中不可能有两个或两个以上电子的四个量子数完全相同。具有多个电子的原子,其中主量子数n和轨道量子数l相同的电子称等效电子,这类电子的n、l两个量子数已经相同,故至少要有一个不同,因此这类电子的状态要受到泡利不相容原理的限制。这正是原子结构中电子按壳层分布并出现周期性的主要原因。

假如将任何两个粒子对调后波函数的值的符号改变的话,那么这个波函数就是完全反对称的。这说明两个费米子在同一个系统中永远无法占据同一量子态。由于所有的量子粒子是不可区分的,假如两个费米子的量子态完全相同的话,那么在将它们对换后不应该波函数的值不应该改变。这个悖论的唯一解是该波函数的值为零:

比如在上面的例子中假如两个粒子的位置波函数一致的话,那么它们的自旋波函数必须是反对称的,也就是说它们的自旋必须是相反的。

泡利不相容原理对所有费米子(其自旋数为半数的粒子)有效。

自旋为整数的粒子被称为玻色子。玻子遵守玻色-爱因斯坦统计,泡利不相容原理对它们无效。玻子可以占据相同的量子态。

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