什么是泡利不相容原理?

什么是泡利不相容原理？

泡利不相容原理是由奧地利物理學家泡利（1900～1958）提出的。

1924年，泡利發表了他的“不相容原理”；

簡單的說就是：原子中不能有2個電子處于同一量子態上。

啰嗦一點的來說就是：在原子中不能容納運動狀態完全相同的電

子。換句話說就是：一個原子中不可能有電子層、電子亞層、電子云

伸展方向和自旋方向完全相同的兩個電子。如氦原子的兩個電子，都

在第一層（K層），電子云形狀是球形對稱、只有一種完全相同伸展的

方向，自旋方向必然相反。每一軌道中只能客納自旋相反的兩個電子，

每個電子層中可能容納軌道數是n2個、每層最多容納電子數是2n2。

這個原理的的影響：使得當時所知的許多有關原子結構的知識變

得有條有理。

核外電子排布遵循泡利不相容原理、能量最低原理和洪特規

則．能量最低原理就是在不違背泡利不相容原理的前提下，核外電子

總是盡先占有能量最低的軌道，只有當能量最低的軌道占滿后，電子

才依次進入能量較高的軌道，也就是盡可能使體系能量最低．洪特規

則是在等價軌道(相同電子層、電子亞層上的各個軌道)上排布的電子將

盡可能分占不同的軌道，且自旋方向相同．后來量子力學證明，電子

這樣排布可使能量最低，所以洪特規則可以包括在能量最低原理中，

作為能量最低原理的一個補充．

自旋為半整數的粒子（費米子）所遵從的這一條原理。它可表述

為全同費米子體系中不可能有兩個或兩個以上的粒子同時處于相同的

單粒子態。電子的自旋，電子遵從泡利原理。

1925年W.E.泡利為說明化學元素周期律提出來的。原子中電子的

狀態由主量子數n、角量子數l、磁量子數ml以及自旋磁量子數ms所

描述，因此泡利原理又可表述為原子內不可能有兩個或兩個以上的電

子具有完全相同的4個量子數n、l 、ml 、ms 。根據泡利原理可很好

地說明化學元素的周期律。泡利原理是全同費米子遵從的一條重要原

則，在所有含有電子的系統中，在分子的化學價鍵理論中、在固態金

屬、半導體和絕緣體的理論中都起著重要作用。后來知道泡利原理也

適用于其他如質子、中子等費米子。泡利原理是認識許多自然現象的

基礎。

最初泡利是在總結原子構造時提出一個原子中沒有任何兩個電子

可以擁有完全相同的量子態。

假如將任何兩個粒子對調后波函數的值的符號改變的話，那么這

個波函數就是完全反對稱的。這說明兩個費米子在同一個系統中永遠

無法占據同一量子態。由于所有的量子粒子是不可區分的，假如兩個

費米子的量子態完全相同的話，那么在將它們對換后不應該波函數的

值不應該改變。這個悖論的唯一解是該波函數的值為零：

比如在上面的例子中假如兩個粒子的位置波函數一致的話，那么