1.16 不相容原理!

2021-01-19 科學紀事

1925年1月16日,泡利不相容原理

瑞士籍奧地利理論物理學家,量子力學研究先驅者之一沃爾夫岡·泡利(Wolfgang Pauli,1900.4.25-1958.12.15)1918年中學畢業後成為慕尼黑大學著名物理學家阿諾德·索末菲(1868-1951)的研究生,1921年以一篇關於氫分子模型的論文獲得博士學位;1922年在哥廷根大學任馬克斯·玻恩(1882-1970)的助教期間結識了尼爾斯·玻爾(1885-1962),當年秋季到哥本哈根大學理論物理學研究所工作;1923年到漢堡大學擔任講師,1928年到瑞士蘇黎世聯邦工業大學任理論物理學教授,1935年為躲避法西斯迫害逃到美國,1940年任普林斯頓高級研究院作理論物理學訪問教授,1946年重返蘇黎世聯合工業大學。

泡利在1925年1月16日提出的泡利不相容原理(Pauli 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:在費米子組成的系統中,不能有兩個或兩個以上的粒子處於完全相同的狀態。

在原子中完全確定一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,或者說在軌道量子數m,l,n確定的一個原子軌道上最多可容納兩個電子,而這兩個電子的自旋方向必須相反。具有多個電子的原子,其中主量子數和軌道量子數相同的電子稱為「等效電子」,是原子結構中電子按殼層分布出現周期性的主要原因。

不相容原理並沒有立刻呈現出它的價值,可是泡利的才華卻因此而得到社會的承認。直到20年後的1945年,這個理論的正確性和廣泛深遠的影響才得以確認,泡利也因此獲得諾貝爾獎。

不相容原理被稱為量子力學的主要支柱之一,是自然界的基本定律,使得當時所知的許多有關原子結構的知識變得條理化。人們可以利用泡利引入的第四個量子數來表示電子自旋,把各種元素的電子按殼層和支殼層排列起來,並根據元素性質主要取決於最外層的電子數(價電子數)這一理論,對門捷列夫元素周期律給以科學的解釋。


1969年1月16日,載人飛船太空對接

1969年1月14日,蘇聯太空人弗拉基米爾·沙塔洛夫搭乘聯盟4號發射升空;1月15日,太空人鮑裡斯·沃雷諾夫、阿列克謝·葉利謝耶夫、葉夫根尼·赫魯諾夫搭乘聯盟5號升空;1月16日,在經過漫長的軌道修正後,兩艘飛船成功交會對接,實現了人類歷史上第一次空間交會對接,創立了蘇聯所謂的「世界上第一個實驗性空間站」。

載人飛船的對接可分為四個階段:

一、遠程導引階段。把飛船導引到將要對接的航天站附近,這時二者之間距離小於100千米。飛船接近航天站有兩種方法:直接從發射軌道接近目標和從停泊軌道接近目標。停泊軌道是飛船為了轉移到另一軌道而暫時停留的橢圓軌道,對接採用的停泊軌道一般是與目標軌道共面的圓軌道。

二、導引階段。利用飛船上的導航設備把飛船引入交會區,近程導航用軌道導引法和自主導引法兩種方法。

三、停靠階段。飛船以零或接近零的相對速度靠近對接目標,當飛船與航天站相對距離為30-300米時,以1.5-3.0米/秒的相對速度進入停靠階段。這三個階段統稱為「交會階段」。

四、對接。一般由航天員通過手控,調整飛船來完成對接動作,使飛船與航天站連成一個整體。

對接使飛船和航天站連成一個整體,航天員可以進入航天站工作;是航天站補充物資設備和替換航天員提供解決問題的必要途徑,是現代自動控制技術水平的象徵。

聯盟4號飛船和聯盟5號飛船之間沒有內部通道,所以太空人們要走出飛船進入空間,才能從一艘船轉移到另一艘船上。在長達一小時的空間行走期間,他們也完成了一些裝配任務和科學實驗,被看作是人類朝著建立永久性載人宇宙站的目標邁出了一步。

相關焦點

  • 泡利不相容原理與物質結構
    如下圖,假定我們只有粒子a,它具有一定的振幅,被散射到方向1,寫成<1|a>。而粒子b單獨存在時,它被散射到方向2,從而具有振幅〈2|b〉。如果兩個粒子不相同,兩次散射同時發生的振幅即為<1|a><2|b>。當然也可能會發生b散射到1而a散射到2的情況,這一過程的振幅即為<2|a><1|b>。
  • 如何用自旋解釋泡利不相容原理?
    如何用自旋解釋泡利不相容原理?關鍵詞:自旋(數),波函數,全波函數1) 自旋對應的是自旋算符和自旋函數,類似能量對應的是能量算符和波函數;2) 全波函數=波函數*自旋函數;3) 交換兩個粒子,因為全同性,系綜的狀態沒有發生變化(波函數沒有改變),但自旋函數變了;4) 但是再次交換兩個粒子,那相當什麼都沒有改變。不僅波函數沒有改變,連全波函數也沒改變。
  • 泡利處處不相容
    說話的人是沃爾夫岡·泡利(Wolfgang Pauli),他最佩服的科學家正是愛因斯坦,但這並不影響他對愛因斯坦作出這樣的評價。而愛因斯坦和他那個時代的物理學家,也再熟悉不過這個人說話的口吻。  1925年,這個只有25歲的奧地利年輕人,通過計算發現,「在一個原子中,絕不能有兩個或兩個以上的同種電子」。這便是後來著名的「泡利不相容原理」。
  • 泡利不相容原理?哪個量子規則才是宇宙存在的關鍵
    我們將這個答案歸功於一個被低估的量子規則:泡利不相容原理(the Pauli Exclusion Principle)。圖解:原子軌道處於基態(左上角),下一個能量最低的狀態隨著你向右和向下移動出現。這些基本的配置決定了這些原子如何表現和原子間作用力。
  • Y2T26 量子物理之--自旋 與泡利不相容原理
    粒子旋轉是個空間,每個視角不同,你看到的結果(這個結果是事實,但是不一樣)。人生也是這樣,你追求真相,同一個真相在不同角度看著就是不一樣。來聊泡利不相容
  • 科學檔案 泡利:與實驗室「不相容」的物理學諾獎獲得者
    據說在一次國際會議上泡利見到了愛因斯坦,愛因斯坦演講完後,泡利站起來說:「我覺得愛因斯坦不完全是愚蠢的」。今天的科學檔案收檔的,便是這位奧地利物理學家,諾貝爾物理學獎獲得者,出生於1900年4月25日的沃爾夫岡·泡利(Wolfgang Pauli)泡利不相容原理(Pauli 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:在費米子組成的系統中,不能有兩個或兩個以上的粒子處於完全相同的狀態。
  • 唇槍加舌劍眾人稱上帝鞭子 不相容原理泡利探物質奧秘
    泡利不相容原理1925年,25歲的泡利,為了解釋反常塞曼效應,提出了「泡利不相容原理」,這是原子物理的最基本原理,也是量子力學的重要基礎。塞曼效應指的是在外磁場的作用下,原子光譜線由1條分裂成3條的現象。這一效應由荷蘭物理學家塞曼於1896年發現。
  • 人有穿過牆壁的超能力,就違背了泡利不相容原理,那世界就亂套了
    理論上,如果你現在試著把你的手放進電風扇內,手和扇葉不可以同時在同一個地方。還是那句話千萬不要著急去試試啊,只是理論而已。任何兩樣東西都不可能同時在同一個位置,即使電子也是如此,這個就是泡利不相容原理,即兩個電子處於相同的量子態,其波函數相反,因此總波函數為零,也就是說兩個電子處於同一狀態的概率為0。也就是說沒有兩個電子可以處在同樣的位置或者結構中。也就是為啥我們不能穿過牆壁的原因。
  • 量子力學那點事群雄逐鹿之二:不相容與不確定
    泡利覺得要是這麼按部就班的混下去,說不定新發現都被搶光了,那可是枉為馬赫的教子了,所以泡利決定不走尋常路。泡利中學畢業後,就拿著父親的介紹信找到了索末菲教授,要求不讀大學,直接讀博士。1925年,泡利提出了泡利不相容原理,這到底是起點還是終點?泡利認為這只是他的起點,可對於物理學史來,這有點象他的終點。泡利指出在原子中,不可能有兩個或兩個以上的電子具有完全相同的狀態。這是量子力學的支柱,也是量子力學基本的原理之一,而且承擔著量子論和量子力學承前啟後的作用。
  • 生物相容的「離子驅動柔性有機電晶體」與「混合導電顆粒材料」
    然而,目前這些生物電子器件的安全和效率,嚴重受制於剛性、生物不兼容的元件,解決這些問題將為我們開闢一系列新的診療方案。一款神經刺激器中的剛性電子元件(圖片來源:Rikky Muller, 加州大學伯克利分校)目前,美國哥倫比亞大學工學院電氣工程系助理教授 Dion Khodagholy 以及哥倫比亞大學醫學中心神經科和基因組醫學研究所的 Jennifer N.
  • 「奇葩說」中的科學原理
    1 墨菲定律 9 泡利不相容原理
  • 屬於同一片海域,大西洋和太平洋為什麼不相容?今天算明白了
    屬於同一片海域,大西洋和太平洋為什麼不相容?今天算明白了在大家的關注印象裡,認為水是最容易和其他事物融合的一種東西,只要今天的其他的東西再加入水融合就甚至可以完全找不出來,而如果是水和水之間的融合,就更加的毫無縫隙了。
  • 2022國考行測快速、精準解決相容選言命題之推理規則
    在公務員考試中常常讓考生頭疼又常考的知識點就是我們邏輯判斷中的必然性推理中的相容選言命題的推理規則,即否定式推理有效,以及另一種題型相容選言命題的矛盾命題,而這兩類題目,題幹往往涉及的條件信息不多,對於很多的學生來說仍然是一塊容易丟分的點,但是對於這一類型的題目,其實只要學會和記住推理規則和矛盾命題即可,在做題過程中,學會運用,差不多一道題40秒左右就可以解出。
  • 屬於同一片海域,大西洋和太平洋為什麼不相容?今天算明白了
    在大家的關注印象裡,認為水是最容易和其他事物融合的一種東西,只要今天的其他的東西再加入水融合就甚至可以完全找不出來,而如果是水和水之間的融合,就更加的毫無縫隙了。這裡就是大西洋和太平洋的海域分界,雖然說是在海域當中,但是這條分界線是非常明顯的,有一兩邊的顏色不一樣,並且一直以來都融合到一起,這樣更多人有了好奇,海水難道不應該是樣的顏色嗎?為什麼他們並不相容呢?
  • 如何讓兩個人「三觀」相容,來鞏固感情的平衡?這4點很重要
    很多人在談及對另一半的要求時,都會說「要三觀一致」,實際上他們連自己的三觀都不明確,如何能找到三觀一致的人?我身邊有些單身的朋友,連三觀是什麼都不清楚,更不要說讓他們來描述自己的三觀具體是什麼了。事實上,在很多伴侶關係中,價值觀念不一致,是導致兩人不能夠做到互相理解的根源所在。因為這種不一致,會讓伴侶之間的精神交流遇到很多障礙。這就是造成我們常說的「沒有共同語言」的原因。
  • ...環境和文化相容的精神的、科學的、教育的、休閒的和遊憩的機會。
    IUCN根據不同國家的保護地保護管理實踐,將國家公園歸為了第( )類,定義為:大面積自然或近自然區域用以保護大尺度生態過程以及這一區域的物種和生態系統特徵,同時提供與其環境和文化相容的精神的、科學的、教育的、休閒的和遊憩的機會。
  • 人擇原理是科學家放棄科學時所使用的原理
    我們假設我們擅長識別哪些屬性與智能生命不相容。我們假設我們擅長指出哪種宇宙不承認我們的存在,或者像我們這樣的觀察者的存在。我們假設,基於我們的經驗和推斷,我們得出的哲學結論,對於約束宇宙的構造是有意義的。這就是人擇原理的本質,它可能不像我們通常所接受的那樣正確。
  • 關於量子力學的基本原理
    裡德伯在1914年建議,主量子數為n的電子層最多只能容納 2n^2個電子,但是他並不清楚為什麼在表達式裡會出現因數2。泡利於1925年通過分析實驗結果提出他的不相容原理:在量子力學裡,所有同種微觀粒子是不可分辨的,兩個電子不能處於相同的量子態。
  • Nature子刊:機械互鎖的3D多材料微機器人,克服材料加工不相容
    >編輯推薦:本研究中提出的模塊化製造策略,為克服金屬和水凝膠等不同類別材料之間的加工不相容問題,提供了可能性因此,金屬-有機結構可以在小型機器人中引入大量的新應用。然而,目前的製造技術無法加工3D金屬和聚合物元件。近日,來自瑞士蘇黎世聯邦理工學院的研究表明,混合微結構可以通過結合3D光刻,模具鑄造和電沉積實現聯鎖。
  • 愛孩子和立規矩不相容?明白這幾點,家長能夠既愛孩子也能立規矩
    難道愛孩子和立規矩之間是不能相容的嗎?其實管的比較寬鬆的和管得比較嚴格的父母,在身邊應該都是能夠經常見到的。一些比較疼愛自己孩子的父母就會認為,孩子在學校當中所要面臨的壓力已經非常大了,所以要讓孩子在家裡好好放鬆。哪怕是放縱孩子的一些過錯,可能也不會造成太大的影響。