为什么会发生泡利不相容原理,高三化学物质结构

  • 日期:2019-09-26 13:50
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泡利不相容 原理
近年来,中科院物理研究所的井盖已成为一个流行的网络,一个又一个巧妙地设计出井盖,以有趣而简单的图形将博大精深的科普知识带给观众。所以小编也穿越热点,带你回到熟悉的保利不相容原理。
概念
(Pauli排斥原理),又称Pauli原理和不相容原理,是微粒子运动的基本规律之一。指出在费米子系统中,两个或两个以上的粒子不能处于完全相同的状态。要完全确定一个原子中一个电子的状态需要四个量子数,所以原子中的Pauli不相容原理是,不可能有两个或更多的电子具有完全相同的四个量子数,或者在轨道量子数m中,n可以在原子轨道上容纳最多两个电子,这两个电子的自旋方向必然相反。这就成为原子核外电子分布周期性的判据之一,用来解释元素周期表。
为什么保利不相容原理会出现?
首先,我们要陈述量子力学的一个基本假设——均匀性原理。利用这一假设,我们可以对Pauli不相容原理进行定量分析。有一些关于多粒子量子力学的理论,我们只能简单地谈谈。
考虑一个由两个相同粒子组成的系统,并且连续地交换两个粒子在系统中的位置,则系统完全不发生变化。写成数学式子是
这里p12表示位置1和2处的粒子(或者只能交换位置1和2)。由于只有两个粒子,上面的公式等于下面的公式[请注意,这种变形仅在三维和高维空间中是正确的,这对于二维空间是不正确的!!
这个方程告诉我们,系统的状态函数,这里的波函数,不是不变的,就是只通过位置交换而改变为原来的相反数。
现在分析一下,在一个职位交换之后,系统和原始系统之间的区别是什么。由于这两个粒子的普遍性,这两个粒子应该是不可区分的,因此交换位置不应导致系统状态函数的改变。但是现在有一个奇怪的解-状态函数变成了与前一个数相反的。这个解意味着相同的粒子并不像我们想象的那么简单。泡利发现,如果把体系状态函数写成两个粒子的波函数的线性叠加,那么只能写成下面的形式:
 

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