FHSST 物理學/原子/泡利不相容原理
泡利不相容原理是量子力學中的一個原理，它指出沒有兩個相同的費米子可以佔據相同的量子態。該原理由沃爾夫岡·泡利於 1925 年提出，也被稱為“不相容原理”或“泡利原理”。
泡利原理只適用於費米子，費米子是形成反對稱量子態並具有半整數自旋的粒子。費米子包括質子、中子和電子，這三種基本粒子構成了普通物質。泡利不相容原理支配著物質許多獨特的特徵。像光子和引力子這樣的粒子不服從泡利不相容原理，因為它們是玻色子（即它們形成對稱量子態並具有整數自旋），而不是費米子。
泡利不相容原理在大量的物理現象中起作用。其中最重要的是它最初被提出的原因——原子的電子層結構。一個電中性的原子包含與原子核中的質子數量相等的束縛電子。由於電子是費米子，泡利不相容原理禁止它們佔據相同的量子態。
例如，考慮一箇中性的氦原子，它有兩個束縛電子。這兩個電子都可以透過獲得相反的自旋來佔據最低能量（1s）態。這並不違反泡利原理，因為自旋是電子量子態的一部分，因此這兩個電子佔據了不同的量子態。但是，自旋只能取兩個不同的值（或特徵值）。在一個具有三個束縛電子的鋰原子中，第三個電子不能進入 1s 態，而必須佔據更高能量的 2s 態。類似地，後續元素會產生越來越高的能量層。元素的化學性質主要取決於最外層電子層中的電子數量，這導致了元素週期表的產生。
泡利原理也負責物質的大尺度穩定性。分子不能任意靠近，因為每個分子中的束縛電子被禁止進入與其他分子中的電子相同的態——這是 Lennard-Jones 勢中排斥項 r-12 的原因。泡利原理是你不會掉到地板上的原因。
天文學提供了這種效應最壯觀的演示，以白矮星和中子星的形式出現。在這兩種型別的物體中，通常的原子結構被強大的引力破壞，只留下由泡利不相容原理產生的“簡併壓力”來支撐其組成部分。這種奇特的物質形式被稱為簡併物質。在白矮星中，原子被電子的簡併壓力隔開。在中子星中，它們表現出更大的引力，電子已經與質子合併形成中子，它們產生更大的簡併壓力。
泡利原理負責的另一個物理現象是鐵磁性，其中排斥效應意味著交換能會導致相鄰電子的自旋排列（而經典力學中它們會反向排列）。