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不相容原理.docx
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I
不相容原理
不相容原理_泡利原理_上帝与天才的嬉戏
1922 年泡利取得博士学位后,开头讨论反常塞曼效应 2。按照碱金属和惰性气体的所堆积的大
量阅历资料,泡利写了一篇文章《原子内的群与光谱的复杂结构》,并于 1924 年 12 月 12 日寄
给了。在这篇文章中,泡利提出了后来著名于世的“不相容原理”(exclusion principle)。
当初泡利认为自己的提法太抽象,所以还拿不定想法。但哥本哈根的反应还不错,玻尔还鼓舞
他发表这篇文章,于是泡利将这篇文章发表于 1925 年 3 月 21 日出版的《杂志》上。在这篇文
章里,泡利把不相容原理明确表示为:
在一个原子中,不行能存在两个或更多的等价电子,它们在强外磁场中的全部数:n,K1,K2
和 m1 都相同。若在外磁场中,原子中一个电子的这些量子数都有确定的值,那么,由这些量
子数所表征的那个(状)态就被“占满”了。
说容易一点,不相容原理可以表述为:在一个原子中,任何两个在核外上的电子,不行能有彻
低相同的 4 个量子数。为了对在轨道上运动的电子举行描述,普通用 4 个“量子数”(quantum
number),例如泡利说的 n,K1,K2 和 m1,以及现在用法的 n,ℓ,ml,ms。每一个在轨道上运
动的电子的量子数都是举世无双、彼此不同的,而且是“排他的”。这样,每一个电子进驻了
一个轨道上的位置以后(即占有了确定的 4 个量子数),其他电子就不能再“挤进来”。这样就
可以避开全部的电子都挤进能量最低的轨道上去,而是“对号入座”地各就各位,一层一层地
在核外壳层上由里向外地罗列整齐。
泡利因为提出了不相容原理,后来获得了 1945 年的诺贝尔物理学奖。(www.guayunfan.com)
泡利和夫人到斯德哥尔摩去领。
泡利不相容原理提出以后,玻尔预期的目的之一——精确 说明门捷列夫—就顺当完
成。这在当初来说,确实是一个非同小可的成功,物理学家们都为此欢天喜地。但有一个问题
仍然没有得到解决。泡利在不相容原理中指出,描述原子中的电子除已经有的和大家认可的三
个量子数以外,还需要第四个量子数。由这四个量子数所确定的定态,只能为一个电子所具有,
也就是说,在一个原子中不行能存在四个量子数彻低相同的两个电子。但是,这第四个量子数
到底应当怎样从物理意义上加以说明呢?以前的三个量子数都可以在中得到说明,而唯独这第
四个量子数使人们感到玄妙莫测,泡利为此亦颇感沮丧。他当初只能说,这第四个量子数是
“一种经典办法无法描述的、电子的特性中的二值性”。所谓“二值性”是说第四个量子数惟
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