泡利不相容原理

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）而得名。1924年，泡利发表了他的“不相容原理”：原子中不能有2个电子处于同一量子态上。这一原理使得当时所知的许多有关原子结构的知识变得有条有理。这就是“泡利原理”，即泡利不相容原理。泡利本人获得了1945年度的诺贝尔物理学奖。

简单来说，泡利原理就是电子除空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋。电子自旋可以比喻成地球的自转，电子自旋有顺时针和逆时针两种状态，常用上下箭头表示自旋状态相反的电子。在一个原子轨道里，最多只能容纳两个电子，而且它们的自旋状态相反，这就是由泡利首先提出的，并以其名字命名的泡利原理。

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。该原理说明，两个电子或者两个任何其他种类的费米子，都不可能占据完全相同的量子态。