AtomsEdit
A Pauli-kizárási elv a fizikai jelenségek sokféle magyarázatát segíti. Az elv egyik különösen fontos következménye az atomok bonyolult elektronhéj-szerkezete és az atomok elektronmegosztásának módja, amely megmagyarázza a kémiai elemek sokféleségét és azok kémiai kombinációit. Az elektromosan semleges atom olyan kötött elektronokat tartalmaz, amelyek száma megegyezik a mag protonjaival. Az elektronok, mivel fermionok, nem képesek ugyanazt a kvantumállapotot elfoglalni, mint a többi elektron, ezért az elektronoknak egy atomon belül kell “egymásra rakódniuk”, azaz különböző pörgetéseket kell végezniük, miközben ugyanazon elektronpályán találhatók, ahogy az alábbiakban leírjuk. a semleges héliumatom, amelynek két megkötött elektronja van, és mindkettő ellenkező spin elsajátításával foglalhatja el a legalacsonyabb energiájú (1s) állapotokat; mivel a forgás az elektron kvantumállapotának része, a két elektron különböző kvantumállapotban van, és nem sérti a Pauli-elvet. A spin azonban csak két különböző értéket (sajátértéket) vehet fel. Lítiumatomban, három megkötött elektron mellett a harmadik elektron nem tartózkodhat 1s állapotban, és helyette el kell foglalnia a magasabb energiájú 2s állapotok egyikét. Hasonlóképpen, az egymás után nagyobb elemeknek egymás után nagyobb energiájú héjakkal kell rendelkezniük. Egy elem kémiai tulajdonságai nagyban függenek a legkülső héjon lévő elektronok számától; az atomok különböző számú elfoglalt elektronhéjjal, de a legkülső héjban azonos számú elektronnal rendelkeznek hasonló tulajdonságokkal, ami az elemek periódusos rendszerét eredményezi.: 214–218
A Pauli kizárási elv teszteléséhez a He atomhoz Gordon Drake nagyon pontos számításokat végzett az azt sértő He atom hipotetikus állapotaira, amelyeket paronikus állapotoknak nevezünk. Később K. Deilamian et al. atomsugaras spektrométerrel kereste a Drake által kiszámított 1s2s 1S0 paronikus állapotot. A keresés sikertelen volt, és kimutatta, hogy ennek a paronikus állapotnak a statisztikai súlya felső határa 5×10-6. (A kizárási elv nulla súlyt jelent.)
SzilárdtulajdonságokEdit
A vezetőkben és a félvezetőkben nagyon sok olyan molekuláris pálya van, amelyek hatékonyan alkotják az energia folyamatos sávszerkezetét. szintek. Erős vezetőkben (fémekben) az elektronok annyira elfajultak, hogy még egy fém hőteljesítményéhez sem tudnak sokat hozzájárulni.: 133–147 A szilárd anyagok sok mechanikai, elektromos, mágneses, optikai és kémiai tulajdonsága Pauli kizárásának közvetlen következménye. / p>
Az anyag stabilitásaEdit
Az egyes atomállapotok stabilitását az atomban az atom kvantumelmélete írja le, amely azt mutatja, hogy az elektronnak a maghoz való közeli megközelítése szükségszerűen növeli az elektront “kinetikus energiája, Heisenberg bizonytalansági elvének alkalmazása. A nagy elektronok és sok nukleont tartalmazó rendszerek stabilitása azonban más kérdés, és ehhez Pauli kizárási elv szükséges.
Kimutatták, hogy A Pauli kizárási elv felelős azért, hogy a közönséges tömeganyag stabil és térfogatot foglal el. Ezt a javaslatot először 1931-ben tette meg Paul Ehrenfest, aki rámutatott, hogy az egyes atomok elektronjai nem eshetnek mind a owest energiájú orbitális és egymás után nagyobb héjakat kell elfoglalnia. Az atomok tehát elfoglalnak egy kötetet, és nem lehet őket szorosan összeszorítani.
Szigorúbb bizonyítékot nyújtottak be 1967-ben Freeman Dyson és Andrew Lenard (de), akik a vonzó (elektron-atom ) és taszító (elektron – elektron és nukleáris – nukleáris) erők, és kimutatták, hogy a közönséges anyag összeomlik és sokkal kisebb térfogatot foglal el a Pauli-elv nélkül.
A Pauli-elv következménye, hogy a ugyanazt a pörgést egy visszataszító csere kölcsönhatás tartja el egymástól, ami rövid hatótávolságú hatás, egyidejűleg hat a hosszú távú elektrosztatikus vagy Coulombic erővel. Ez a hatás részben a makroszkopikus világ mindennapi megfigyeléséért felelős, miszerint két szilárd tárgy nem lehet egyszerre ugyanazon a helyen.
AstrophysicsEdit
Dyson és Lenard nem vette figyelembe egyes csillagászati objektumokban előforduló szélsőséges mágneses vagy gravitációs erők. 1995-ben Elliott Lieb és munkatársai kimutatták, hogy a Pauli-elv még mindig stabil stabilitáshoz vezet intenzív mágneses mezőkben, például neutroncsillagokban, bár sokkal nagyobb sűrűségben, mint a közönséges anyagban. Az általános relativitáselmélet következménye, hogy kellően intenzív gravitációs mezőkben az anyag összeomlik, és fekete lyukat képez.
Az asztronómia látványos demonstrációt nyújt a Pauli-elv hatásáról, fehér törpe és neutroncsillagok. Mindkét testben az atom szerkezetét rendkívüli nyomás bontja meg, de a csillagokat hidrosztatikus egyensúlyban tartja a degenerációs nyomás, más néven Fermi nyomás.Ez az anyag egzotikus formája degenerált anyagként ismert. A csillag tömegének hatalmas gravitációs erejét általában egyensúlyban tartja a csillag magjában a termonukleáris fúzió során keletkező hő okozta hőnyomás. A fehér törpékben, amelyek nem mennek keresztül magfúzión, a gravitációval ellentétes erőt az elektron degenerációs nyomás adja. A neutroncsillagokban, még erősebb gravitációs erők hatására, az elektronok protonokkal egyesülve neutronokat alkotnak. A neutronok még nagyobb degenerációs nyomást, neutron degenerációs nyomást képesek produkálni, bár rövidebb tartományban. Ez stabilizálhatja a neutroncsillagokat a további összeomlástól, de kisebb méretben és nagyobb sűrűségben, mint egy fehér törpe. A neutroncsillagok a legmerevebb tárgyak; fiatal modulusuk (vagy pontosabban az ömlesztett modulusuk) 20 nagyságrenddel nagyobb, mint a gyémánté. Ennek a hatalmas merevségnek azonban még a Tolman – Oppenheimer – Volkoff-határt meghaladó neutroncsillag-tömeg gravitációs mezője is leküzdhető, ami fekete lyuk kialakulásához vezet.: 286–287