大学物理学泡利原理-大学物理学

自然界中存在着不同的粒子，如电子、质子、中子等.同一种粒子具有相同的质量、电荷、自旋等性质.将质量、电荷、自旋等性质完全相同的微观粒子称为全同粒子.所有的电子、质子、中子等都是全同粒子.

经典力学中的全同粒子虽然其性质完全相同，但由于每个粒子都有自己的运动轨道，可以通过观察不同的运动轨道，对不同的粒子进行区分.在微观结构里，只能用量子力学求解物体的运动问题.在量子力学中不存在物体的轨道概念，也就是无法用轨道对微观粒子的运动进行描述.按照量子力学的观点，微观粒子的位置和速度在任一时刻不能同时有确定值.当两个全同粒子的波函数重叠时，无法区分究竟是哪一个粒子，这称为全同粒子的不可分辨性.例如氦原子有两个电子，某一时刻测得一个电子时，由于电子属性不可分辨，所以无法确定这个电子是两个电子中的哪一个.

玻尔在提出氢原子理论后，曾试图解释多电子原子的光谱规律.在原子中，电子分为若干群，分别以不同的半径绕原子核旋转.每一群电子可以用量子数（n，l，ml）描述.当原子处于基态时，所有电子为什么没有都处于最内层的轨道，却无法得到解释.泡利在分析了原子物理的实验和理论之间矛盾的基础上，提出要完全确定一个电子的状态需要四个量子数，并提出了不相容原理，即在原子中，每一个确定的电子态上，最多只能容纳一个电子；确定电子的一个状态需要有四个量子数，即任何两个电子，不可能有完全相同的一组量子数.后人称之为泡利不相容原理，简称为泡利原理.后来发现这四个量子数分别是主量子数n、角量子数l、轨道磁量子数ml和电子自旋磁量子数ms.当n 给定时，l 的可能取值是0，1，2，…，（n－1），共有n 个值；当l 给定时，ml的取值为－l，（－l＋1），…，0，…，（l－1），l，共有2l＋1 个可能值；当n、l、ml都给定时，ms可取＋1／2 或－1／2 两个可能值.所以，能级n 的量子态数为(www.xing528.com)

即能级n 上允许的电子数最多只能有2n2 个.

泡利原理是在量子力学建立之前提出的.量子力学建立之后，利用量子力学的基本理论可以推出该原理.为此，泡利获得了1945 年度的诺贝尔物理学奖.