Вероятно, о принципе исключения Паули вы слышали только в школе и преспокойно про это забыли. Применить это знание в повседневной жизни практически негде, да и сам принцип, скорее всего, запомнился из курса общей химии, где в одном пустом квадратике нельзя было рисовать две сонаправленных стрелочки. Напомню, что это мы рисовали заполнение атомных орбиталей электронами.
Кто же тогда задумывался, что это значит куда больше, чем простые стрелочки.
Принцип Паули куда более глобален. Думаю, что без преувеличения можно сказать, что именно благодаря этому материя может существовать и атомы стабильны.
Принцип Паули - это правило, которое гласит, что два электрона в одном и том же атоме не могут иметь одинаковые четыре квантовых числа.
Есть тут ключевая фраза "квантовые числа". Квантовые числа подобны меткам, которые описывают свойства электронов, такие как их энергетический уровень, форма орбит, ориентация и спин. В какой-то степени это можно сравнить с геометрическим положением объекта. На карте две собачьих будки не могут оказаться в одном и том же месте.
Если два электрона имеют одинаковые квантовые числа, они находятся в одном и том же месте в одно и то же время, что запрещено квантовой механикой.
Хорошо, допустим, что теория это запрещает. Но как бы это сработало в реальности?
Что произойдет, если вы попытаетесь втиснуть два электрона с одинаковыми квантовыми числами в один и тот же атом?
Электроны будут отталкивать друг друга с силой, которая увеличивается по мере их приближения. Эта сила называется обменным взаимодействием, и она отвечает за разделение электронов и создание структуры атомов. Обменное взаимодействие также влияет на то, как атомы связываются друг с другом.
Преодолеть эту силу в обычных условиях невозможно. При попытке это сделать будут проявляться интересные моменты. Например, начнёт показывать эффект сверхпроводимости.
Столкнуть электроны всё-таки можно. При этом возможно рождение новых частиц. Однако это возможно только если энергия будет достаточна для рождения других частиц. При этом будут рождаться другие частицы (так называемые глубоко неупругие процессы).
Теперь пару слов про построение материи. Когда два атома водорода имеют общую электронную пару, образуя молекулу, они должны выровнять свои спины в противоположных направлениях, чтобы удовлетворить принципу запрета Паули. Это делает связь более прочной и стабильной, чем если бы у них были параллельные спины.
Стоит вспомнить и вечный вопрос "почему материя твёрдая, если она состоит из пустоты". Тут тоже не обошлось без принципа Паули. Если вы попытаетесь сжать материю, вы в конечном итоге столкнетесь с пределом, когда электроны не смогут приблизиться, не нарушив принцип запрета. Это более изящный ответ на вопрос про пустоту и про материю. Явление создает давление, которое сопротивляется дальнейшему сжатию материи, называемое давлением вырождения. Полезно узнать, что именно это давление удерживает белые карлики и нейтронные звезды от коллапса под действием собственной гравитации.
---
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи! Обновления каждый день!
✅ Поддержать проект монеткой или задать вопрос можно тут! Здесь же я публикую фрагменты будущей книги, которую могут читать подписчики
👉💖 Ставьте лайки материалу, подписывайтесь на проект!
