1樓:time張士強
當元素的原子相互距離為無限時,彼此間是不存在相互作用的。使它們相互靠近時,便會發生相互作用。這種相互作用既有吸引,也有排斥。
無論採取什麼方式結合,吸引都是來自於異號電荷的庫侖相互作用;排斥則一方面來自同號電荷的庫侖相互作用,另一方面來自於泡利不相容原理決定的電子間相互作用。
泡利不相容原理(pauli』s exclusion principle)又稱泡利原理、不相容原理,是微觀粒子運動的基本規律之一。它指出:在費公尺子組成的系統中,不能有兩個或兩個以上的粒子處於完全相同的狀態。
在原子中完全確定乙個電子的狀態需要四個量子數,所以泡利不相容原理在原子中就表現為:不能有兩個或兩個以上的電子具有完全相同的四個量子數,這成為電子在核外排布形成週期性從而解釋元素週期表的準則之一。
核外電子排布遵循泡利不相容原理、能量最低原理和洪特規則.能量最低原理就是在不違背泡利不相容原理的前提下,核外電子總是盡先占有能量最低的軌道,只有當能量最低的軌道佔滿後,電子才依次進入能量較高的軌道,也就是盡可能使體系能量最低.洪特規則是在等價軌道(相同電子層、電子亞層上的各個軌道)上排布的電子將盡可能分佔不同的軌道,且自旋方向相同.後來量子力學證明,電子這樣排布可使能量最低,所以洪特規則可以包括在能量最低原理中,作為能量最低原理的乙個補充。
自旋為半整數的粒子(費公尺子)所遵從的一條原理。簡稱泡利原理。它可表述為全體費公尺子體系中不可能有兩個或兩個以上的粒子同時處於相同的單粒子態。
電子的自旋,電子遵從泡利原理。2023年w.e.
泡利為說明化學元素週期律提出來的。原子中電子的狀態由主量子數n、角量子數l、磁量子數ml以及自旋磁量子數ms所描述,因此泡利原理又可表述為原子內不可能有兩個或兩個以上的電子具有完全相同的4個量子數n、l 、ml 、ms 。根據泡利原理可很好地說明化學元素的週期律。
泡利原理是全體費公尺子遵從的一條重要原則,在所有含有電子的系統中,在分子的化學價鍵理論中、在固態金屬、半導體和絕緣體的理論中都起著重要作用。後來知道泡利原理也適用於其他如質子、中子等費公尺子。泡利原理是認識許多自然現象的基礎。
最初泡利是在總結原子構造時提出乙個原子中沒有任何兩個電子可以擁有完全相同的量子態。
乙個由2個費公尺子組成的量子系統波函式完全反對稱。
2樓:紫耀星之軌跡
庫侖力;泡利不相容是系統穩態的一種表現。
泡利不相容原理到底怎麼回事?
3樓:宇筠鋒
泡利不相容原理其實是兩大量子統計之一的費公尺-狄拉克統計的乙個推論,其實質就是特定波函式的干涉相消。這種相消與光的雙縫干涉實驗中暗紋處的光波相消在本質上是一樣的。我們能說光子在暗紋處彼此排斥嗎?
所以,即便你把這種干涉相消看成是一種「斥力」,它也不同於一般意義上的力。
首先宣告:沒人能講清楚這個問題,因為沒人真正弄得懂量子力學,這包括最頂級的物理學家。玻爾曾說:
「如果誰沒被量子力學搞得頭暈,那他就一定是不理解量子力學。」愛因斯坦說:「我思考量子力學的時間百倍於廣義相對論,但依然不明白。
」天才的費曼說他知道可以這樣算,但他一點兒也不知道為什麼要這樣算!***的話,我希望它能有一定的啟發性;其中可能存在著誤導成分,儘管我是在盡量避免,但畢竟描述物理的標準語言是數學,不是普通的日常用語,在某些地方,我難以不採取模糊的並帶有錯誤成分的敘述。
微觀粒子同時又是波,這意味著什麼?個人覺得費曼的路徑積分形式的量子力學所展示的圖象特別驚人卻又有助於理解問題的實質。這一奇異的情景大致是這樣的:
每個微粒(比如某個電子)在每一時刻都「化身千萬」,每個化身粒子都無限快速地、以原粒子的波動特徵去探索一條特定的路徑,所有化身粒子探索全時空中的所有路徑,然後根據路徑的長短、方向、途中所遇情況等,每一化身粒子都返回「提交一探測報告」,所有化身粒子的所有報告彙總得出各個路徑相應的波彼此疊加干涉的結果——哪些途徑「更便於出行」,實際的粒子就更傾向於實際上走這些途徑。報告彙總一定會指出那些經過另乙個有著完全相同的量子數的電子的途徑,由於完全地干涉相消,而成為禁止通行的途徑,於是,電子就根本不去實際走這些將與那個全同的電子碰頭的路徑。
上面是自旋為半整數的費公尺子的情形,自旋為整數的玻色子則在全同時不是干涉相消而是干涉相長,即不表現為某種斥力,而是引力。之所以有此不同,是因為內部空間(表現為內稟的自旋)不同,而內外空間是有聯絡的,所以外部的波函式也就不同。在同時滿足正則量子化的量子力學的要求和洛倫茲變換的狹義相對論的要求的前提下,經過一系列數學推演,發現粒子要有內稟的自旋,並且分成玻色子(遵循玻色-愛因斯坦統計)和費公尺子(遵循費公尺-狄拉克統計)兩大類。
從量子力學的觀點看,波的疊加干涉是無處不在的,四大基本力的媒介粒子不過就是四種特殊的玻色子,這些玻色子也都毫無例外地要參與相應的波動的疊加與干涉。從這個角度看,干涉所表現出來的力比四大基本力更基本!
宇宙以這樣的方式體現其無比的恢巨集——人類費盡心機使得乙個問號轉變成乙個嘆號的時候,宇宙又早已備好了更多的問號來回饋給人類。你可以不斷地追問(這個過程充滿著興奮、驚奇還有沮喪、憤怒),但問號只會越來越多,永遠不會看到問號枯竭的那一天。
4樓:幻の上帝
不同費公尺子所遵從的一條原理粒子間的泡利不相容原理產生的力可能各自屬於不同的作用。例如電子簡併壓力是電磁相互作用,而中子簡併壓力是強相互作用。
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引用自中文維基百科詞條「電子簡併壓力」。
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電子簡併壓力是由泡利不相容原理產生的力,說明了兩個費公尺子不能同時占有相同的量子態,這種力量也是物質可以被壓縮的極限。在恆星物理中,這是乙個很重要的量,因為它造成了白矮星的存在。
與電子簡併壓力相關的解釋是海森堡測不准原理,它的狀態是:
此處是http://upload.wikimedia.
org/math/9/d/f/9dfd055ef1683b053f1b5bf9ed6dbbb4.png狄拉克常數(約化蒲朗克常數),δx是測量時在位置上的不確定值,而δp動量測量不確定的標準差。
一種本質為壓力增加時就會被壓縮的材料,在內部的電子,位置測量的不確定量δx就會減少,因此依據測不准原理,電子動量的不確定量δp,將會增大。然而,無論溫度降至多低,電子一定會因為溫度而以海森堡速度運動,並貢獻出壓力。當電子由"海森堡速度"產生的壓力凌駕於熱運動之上時,電子就進入簡併狀態,這種材料就成為簡併態物質。
電子簡併壓力在恆星質量未超過錢德拉塞卡極限(1.38太陽質量)前能阻止核心的塌縮,這就是阻止白矮星崩潰的壓力。質量超出這個極限而又沒有燃料可以進行核融合的恆星,將會因為電子提供的簡併壓力不足以抵抗重力,而繼續塌縮形成中子星或黑洞。
5樓:圖杭科技
泡利不相容原理指在原
子中不能容納運動狀態完全相同的電子.
換成化學就是原子組成分子後產生穩定的共價鍵,其他電子就被格開了.
這是量子力學解釋分子結構的有力方法.
如兩個氫原子組成的氫分子,很穩定.第三個原子就不能進入.泡利不相容是量子學一條基本定理.
6樓:匿名使用者
呵呵,可以看出來,樓主似乎只是在讀關於量子的科普類的東西,還沒有真正學過量子力學。波函式怎麼能以不確定關係為基礎?笑話。
另外理解波函式塌縮得先知道疊加原理,這涉及到量子糾纏的概念。
不是的,觀測時可以觀測位置和動量,但是不能同時觀測。因為二者不對易。
概率波可以描述不確定關係,比如自由粒子動量確定的話,動量波是個delta函式,即如果動量固定,相應位置分布空間各機率處處相等,即座標不確定無窮大
物質波物質波,就是機率波,指空間中某點某時刻可能出現的機率。比如乙個電子,如果是自由電子,那麼它的波函式就是行波,就是說它有可能出現在空間中任何一點,每點機率相等。如果被束縛在氫原子裡,並且處於基態,那麼它出現在空間任何一點都有可能,但是在波爾半徑處機率最大。
對於你自己也一樣,你也有可能出現在月球上,但是和你坐在電腦前的機率相比,是非常非常小的,以至於不可能看到這種情況。這些都是量子力學的基本概念,非常有趣。
也就是說,量子力學認為物質沒有確定的位置,它表現出的巨集**起來的位置其實是對機率波函式的平均值,在不測量時,它出現在**都有可能,一旦測量,就得到它的平均值和確定的位置。
量子力學裡,不對易的力學量,比如位置和動量,是不能同時測量的,因此不能得到乙個物體準確的位置和動量 ,位置測量越準 ,動量越不准。這個叫不確定性原理,當然即使不測量,它也存在。
機械波是週期性的振動在媒質內的傳播,電磁波是週期變化的電磁場的傳播.物質波既不是機械波,也不是電磁波.在德布羅意提出物質波以後,人們曾經對它提出過各種各樣的解釋.到2023年,德國物理學家玻恩(1882~1970)提出了符合實驗事實的後來為大家公認的統計解釋:物質波在某一地方的強度跟在該處找到它所代表的粒子的機率成正比.按照玻恩的解釋,物質波乃是一種機率波.德布羅意波的統計解釋粒子在某處鄰近出現的概率與該處波的強度成正比
粒子觀點:電子密處,概率大。電子疏處,概率小。
波動觀點:電子密處,波強大。電子疏處,波強小。
波強∝振幅平方a2∝粒子密度∝概率。
在德國哥延根大學的乙個墓碑上刻著乙個非常奇特的墓誌銘,它沒有文字,僅有乙個公式:
pq—qp=h/2pi
這是量子力學中的乙個基本關係,它被認為是該大學物理系著名的教授玻恩一生中最為重要的一項貢獻。其實,在玻恩擔任該系教授及系主任期間,該系一度成為理論物理研究中心,只有哥本哈根n·玻爾研究所才能與之相比較。
2023年12月11日,玻恩誕生於德國弗羅茨瓦夫的乙個內科醫生家庭。四歲時,母親即去世了,他早期主要跟隨外祖母生活。他曾在布雷斯勞大學、柏林大學、海德堡大學、蘇黎世大學和劍橋大學讀過書,任過教,後在哥延根大學取得哲學博士學位,並留在該校物理系擔任系主任,一度該系成為世界理論物理研究中心,連著名的物理學家泡利和海森堡都在該系做他的研究助手。
泡利曾因提出「泡利不相容原理」而聞名全世界,海森堡也曾提出了量子力學的乙個基本原理,即「測不准原理」,表明了經典力學規律不適用於亞原子微粒,因為不能同時知道這些粒子的位置和速度。
2023年,德布羅意提出了物質波的概念,即認為一切巨集觀粒子都具有與本身能量相對應的波動頻率或波長,後來,g·p·湯姆遜等人從電子衍射證明電子具有波動性。以此為研究起點,玻恩系統地提出了一種理論體系,把其中德布羅意電子波認為是電子出現的機率波,電子運動可以用乙個波函式來表徵,它不表示乙個電子確定的運動方向與確定的軌道,但卻說明電子佔據空間某一點所存在的機率。猶如我們拋硬幣,事先我們無法判別正面向上,還是反面向上,但卻知道它們各自的機率是多少。
玻恩用機率波成功地說明了量子力學的波函式的確切含意。
正由於玻恩對量子力學這門新興學科的重大貢獻,使他贏得了2023年度的諾貝爾物理學獎。
概率波物質波概率波 ,就是物質波,指空間中某點某時刻可能出現的機率。比如乙個電子,如果是自由電子,那麼它的波函式就是行波,就是說它有可能出現在空間中任何一點,每點機率相等。如果被束縛在氫原子裡,並且處於基態,那麼它出現在空間任何一點都有可能,但是在波爾半徑處機率最大。
對於你自己也一樣,你也有可能出現在月球上,但是和你坐在電腦前的機率相比,是非常非常小的,以至於不可能看到這種情況。這些都是量子力學的基本概念,非常有趣。
也就是說,量子力學認為物質沒有確定的位置,它表現出的巨集**起來的位置其實是對機率波函式的平均值,在不測量時,它出現在**都有可能,一旦測量,就得到它的平均值和確定的位置。
量子力學裡,不對易的力學量,比如位置和動量,是不能同時測量的,因此不能得到乙個物體準確的位置和動量 ,位置測量越準 ,動量越不准。這個叫不確定性原理,當然即使不測量,它也存在。
機械波是週期性的振動在媒質內的傳播,電磁波是週期變化的電磁場的傳播.物質波既不是機械波,也不是電磁波.在德布羅意提出物質波以後,人們曾經對它提出過各種各樣的解釋.到2023年,德國物理學家玻恩(1882~1970)提出了符合實驗事實的後來為大家公認的統計解釋:物質波在某一地方的強度跟在該處找到它所代表的粒子的機率成正比.按照玻恩的解釋,物質波乃是一種機率波.德布羅意波的統計解釋粒子在某處鄰近出現的概率與該處波的強度成正比
粒子觀點:電子密處,概率大。電子疏處,概率小。
波動觀點:電子密處,波強大。電子疏處,波強小。
波強∝振幅平方a2∝粒子密度∝概率。
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