FHSST 物理学/原子/泡利不相容原理
泡利不相容原理是量子力学中的一个原理，它指出没有两个相同的费米子可以占据相同的量子态。该原理由沃尔夫冈·泡利于 1925 年提出，也被称为“不相容原理”或“泡利原理”。
泡利原理只适用于费米子，费米子是形成反对称量子态并具有半整数自旋的粒子。费米子包括质子、中子和电子，这三种基本粒子构成了普通物质。泡利不相容原理支配着物质许多独特的特征。像光子和引力子这样的粒子不服从泡利不相容原理，因为它们是玻色子（即它们形成对称量子态并具有整数自旋），而不是费米子。
泡利不相容原理在大量的物理现象中起作用。其中最重要的是它最初被提出的原因——原子的电子层结构。一个电中性的原子包含与原子核中的质子数量相等的束缚电子。由于电子是费米子，泡利不相容原理禁止它们占据相同的量子态。
例如，考虑一个中性的氦原子，它有两个束缚电子。这两个电子都可以通过获得相反的自旋来占据最低能量（1s）态。这并不违反泡利原理，因为自旋是电子量子态的一部分，因此这两个电子占据了不同的量子态。但是，自旋只能取两个不同的值（或特征值）。在一个具有三个束缚电子的锂原子中，第三个电子不能进入 1s 态，而必须占据更高能量的 2s 态。类似地，后续元素会产生越来越高的能量层。元素的化学性质主要取决于最外层电子层中的电子数量，这导致了元素周期表的产生。
泡利原理也负责物质的大尺度稳定性。分子不能任意靠近，因为每个分子中的束缚电子被禁止进入与其他分子中的电子相同的态——这是 Lennard-Jones 势中排斥项 r-12 的原因。泡利原理是你不会掉到地板上的原因。
天文学提供了这种效应最壮观的演示，以白矮星和中子星的形式出现。在这两种类型的物体中，通常的原子结构被强大的引力破坏，只留下由泡利不相容原理产生的“简并压力”来支撑其组成部分。这种奇特的物质形式被称为简并物质。在白矮星中，原子被电子的简并压力隔开。在中子星中，它们表现出更大的引力，电子已经与质子合并形成中子，它们产生更大的简并压力。
泡利原理负责的另一个物理现象是铁磁性，其中排斥效应意味着交换能会导致相邻电子的自旋排列（而经典力学中它们会反向排列）。