回覆列表
  • 1 # 科學聯盟

    題主你好。這個原理是量子力學關於全同粒子的一個很重要的結論。它是泡利從理論上推匯出來的。量子力學早就對此做過定量的分析,在這裡做一些粗淺的介紹。

    首先我們要宣告一條量子力學的基本假設——全同性原理。有了這條假設,就能對泡利不相容原理做一些定量分析。這裡涉及到一些關於多粒子的量子力學理論,我們只能簡言而論。

    考慮兩個全同粒子構成的體系,連續交換該體系內兩個粒子的位置,那麼體系不發生任何改變。寫成數學式子是

    這裡的P12表示交換位置1和位置2的粒子(也可以只交換1號和2號粒子的位置)。由於只有兩個粒子,所以上面式子等於下面式子【注意,這種變形僅在三維以及更高維空間成立,對於二維空間,這個變形是不正確的!!】

    這個方程告訴我們,做一次位置交換,體系的狀態函式——這裡是波函式——要麼不變,要麼只改變為原來的相反數。

    現在分析分析,做一次位置交換後的體系到底和原來體系有什麼區別。由於全同性,兩個粒子按理說是不可分辨的,那麼交換位置不應該導致體系的狀態函式發生改變。但是現在有一個奇怪的解——狀態函式變為以前的相反數。這個解意味著,全同粒子不是我們想的那麼簡單。泡利發現,如果把體系狀態函式寫成兩個粒子的波函式的線性疊加,那麼只能寫成下面的形式:

    不要小看這個式子,它意味著存在一類粒子,它們服從所謂的泡利不相容原理。原因很簡單,當我讓將兩個粒子的位置無限靠近(位置1=位置2),那麼上面這個這狀態函式就將逐漸變成了零——意味著這類粒子不允許兩個粒子同時具有相同的運動狀態。不僅如此,我們可以在利用傅立葉變換,將上面的狀態函式變成動量空間的形式,結果類似。這說明,量子力學裡存在一種特殊粒子,它們服從泡利不相容原理。當然這裡沒有考慮,如果考慮自旋,我們就要擴充套件上面的交換——交換空間座標的同時要交換自旋。這時候的結果類似。

    現在我們有一個命題:

    凡是服從泡利不相容的粒子都是費米子,自旋一定是半奇數;

    凡是不服從泡利不相容的粒子都是玻色子,自旋一定是整數!

  • 中秋節和大豐收的關聯?
  • 《火影忍者》手遊的策劃真的有用心嗎,為什麼每次大版本都有人發現問題?