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简述泡利不相容原理的建立

2022.9.17

  早在1921年前,泡利就被量子论的发展深深地吸引着,在读研究生时,就对原子光谱中的反常塞曼效应有着浓厚的兴趣。所谓塞曼效应,就是在强磁场的作用下原子、分子和晶体的能级发生变化,发射的光谱线发生分裂的现象。

  塞曼效应分为两种:一种是存在于电子的自旋磁矩为零时的情况称为正常塞曼效应;而另一种是电子的自旋磁矩为士1/2时的情况称为反常塞曼效应,反常塞曼效应才是原子谱线分裂的普通现象,这种与实际情况相反的名称反映了人类认知过程中的历史局限性。1924年底,泡利为了正确理解反常塞曼效应,他在分析大量原子能级数据的基础上,仔细研究了碱金属光谱的双重结构,引人“经典不能描述的双重值”概念,写了一篇题为“原子内的电子群与光谱的复杂结构”的论文。

  1925年以前,描述电子一般只用3个量子数,泡利的“双重值”实际上就等于要求电子要有第4个量子数。由于泡利当时觉得这篇论文中物理思想的提法太抽象而拿不定主意,就将该文寄给了玻尔,玻尔看后就立即鼓励他投到《物理杂志》,该文于1925年初发表。正是这篇文章提出了泡利不相容原理,为解释门捷列夫(D.1.Mendeleev)化学元素的周期性提供了理论依据,同时也奠定了他日后获得诺贝尔奖的基石。

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