✅Принцип заборони Паулі

Уявімо собі людей, що заповнюють місця на стадіоні, починаючи з рядів, найближчих до поля. Ось так приблизно і електрони заповнюють орбіталі атома. Як на стадіоні, так і в атомній фізиці існують правила, що регулюють кількість об’єктів (електронів або людей), яким дозволяється заповнити виділені їм місця.

Справді, було б дуже незручно, якби, наприклад, десяток людей спробували втиснутися в одне невелике сидіння.

Принцип заборони Паулі пояснює твердість речовини і причину, по якій два об’єкти не можуть займати одне і те ж місце. З цієї причини ми не провалюємось крізь підлогу, а нейтронні зірки пручаються стиску під дією тяжіння власних, неймовірно великих мас.

Отже, принцип заборони свідчить, що ніяка пара однакових ферміонів (електронів, протонів, нейтронів та інших частинок з напівцілим спіном) не може одночасно перебувати в одному і тому ж квантовому стані (включаючи і напрямок спіна ферміона).

Наприклад, електрони, що займають одну і ту ж орбіталь, повинні мати протилежно спрямовані спіни. Якщо на орбіталі вже знаходяться два електрони з протилежно спрямованими спінами, ніякої іншої електрон туди потрапити не може, поки для нього не звільниться місце.

Принцип Паулі добре перевірений і є одним з найважливіших принципів у фізиці. Як каже історик науки Мічела маси, «в сучасній науці – від спектроскопії до атомної фізики, від квантової теорії поля до фізики високих енергій – навряд чи знайдеться інший науковий принцип, що має настільки далекосяжні наслідки».

Завдяки принципу Паулі можна пояснити спектри атомів і визначити електронні конфігурації, що лежать в основі класифікації хімічних елементів у Періодичній таблиці Менделєєва. Науковий журналіст Ендрю Уотсон пише:

«Паулі сформулював принцип заборони в початку 1925 р, до появи сучасної квантової теорії і гіпотези про спіні електрона. Його мотивація була проста: має бути щось, що перешкоджає електронам в атомі зібратися всім разом в одному стані з найменшою енергією… Таким чином, принцип Паулі утримує електрони, так само як і інші ферміони, від вторгнення в особистий простір один одного».

Посилання на основну публікацію