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。

啰嗦一点的来说就是：在原子中不能容纳运动状态完全相同的电

子。换句话说就是：一个原子中不可能有电子层、电子亚层、电子云

伸展方向和自旋方向完全相同的两个电子。如氦原子的两个电子，都

在第一层（K层），电子云形状是球形对称、只有一种完全相同伸展的

方向，自旋方向必然相反。每一轨道中只能客纳自旋相反的两个电子，

每个电子层中可能容纳轨道数是n2个、每层最多容纳电子数是2n2。

这个原理的的影响：使得当时所知的许多有关原子结构的知识变

得有条有理。

核外电子排布遵循泡利不相容原理、能量最低原理和洪特规

则．能量最低原理就是在不违背泡利不相容原理的前提下，核外电子

总是尽先占有能量最低的轨道，只有当能量最低的轨道占满后，电子

才依次进入能量较高的轨道，也就是尽可能使体系能量最低．洪特规

则是在等价轨道(相同电子层、电子亚层上的各个轨道)上排布的电子将

尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同．后来量子力学证明，电子

这样排布可使能量最低，所以洪特规则可以包括在能量最低原理中，

作为能量最低原理的一个补充．

自旋为半整数的粒子（费米子）所遵从的这一条原理。它可表述

为全同费米子体系中不可能有两个或两个以上的粒子同时处于相同的

单粒子态。电子的自旋，电子遵从泡利原理。

1925年W.E.泡利为说明化学元素周期律提出来的。原子中电子的

状态由主量子数n、角量子数l、磁量子数ml以及自旋磁量子数ms所

描述，因此泡利原理又可表述为原子内不可能有两个或两个以上的电

子具有完全相同的4个量子数n、l 、ml 、ms 。根据泡利原理可很好

地说明化学元素的周期律。泡利原理是全同费米子遵从的一条重要原

则，在所有含有电子的系统中，在分子的化学价键理论中、在固态金

属、半导体和绝缘体的理论中都起着重要作用。后来知道泡利原理也

适用于其他如质子、中子等费米子。泡利原理是认识许多自然现象的

基础。

最初泡利是在总结原子构造时提出一个原子中没有任何两个电子

可以拥有完全相同的量子态。

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