重訪泡利不相容原理

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近日，中科院物理所的井蓋走紅網路，一個個設計巧妙的井蓋，用風趣而簡單的圖形將深刻的物理知識通俗地科普給了觀者。於是小編也蹭一蹭熱點，來帶著大家重溫一下我們所十分熟悉的泡利不相容原理。

中科院物理所井蓋上的泡利不相容原理

大多數人第一次接觸泡利不相容原理是在中學的化學課上，當時，課本告訴我們，泡利不相容原理是核外電子排布的規律之一，同一條軌道上的兩個電子不可能有相同的自旋。當然這只是「普通青年」的觀點。學過大學物理之後，我們知道，基本粒子分為費米子和玻色子，費米子遵循泡利不相容原理，而玻色子則不遵循。也就是說，兩個費米子不可以處於相同的量子態上。而沃爾夫岡·泡利先生提出這個以他名字命名的原理的時候，不過24歲。

著名理論物理學家沃爾夫岡·泡利

隨著物理學的進一步發展，人們認識到，泡利不相容原理，其實可以不叫原理。因為從某種意義上說，泡利不相容原理是狹義相對論和量子力學的結合，或者說是微觀因果律的必然結果。也就是說，所謂的玻色子和費米子分類，其實是微觀因果律的結論。這樣，費米子的一個物理狀態上，僅僅允許一個粒子存在，而玻色子系統對此則沒有限制。我們熟悉的電子，以及由基本粒子組成的質子、中子等，都是自旋為半整數的費米子，而光子和希格斯粒子等則是玻色子。物理學家施溫格的精彩論證更告訴我們，真的就只有這兩種量子化條件。