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孪生姐妹,形影不离
来源:科技百科 专题:物理天地 ( 字号:   )

你一定欣赏过那美丽的交谊舞吧: 华尔兹、探戈、伦巴……,一曲曲优美动听的舞曲,一对对动作优雅的舞伴.你知道吗? 在我们的伟大设计师玻尔所设计的美丽的原子结构这个大舞池中,也有一对对喜欢“跳华尔兹”的舞伴,它就是电子.那么又是谁发现它们喜欢“跳交谊舞”呢? 是一位独具慧眼的伯乐——杰出的物理学家泡利。

1925年1月16 日,泡利在一篇题为《原子内的电子群与光谱的复杂结构》的论文中指出: 在一个原子中不能有两个或更多的电子处在完全相同的状态.这就是著名的“泡利不相容原理”.他也因此获得了1945年的诺贝尔物理奖。

然而,泡利的这对舞伴性格确实有点怪,她们是一对不可分辨的孪生姐妹,跳舞时总是喜欢沿着一定的量子化轨道绕着乐队(原子核)转圈,而且,她们还总是觉得沿相反方向转小圈才最舒服。

那么这对舞伴为什么会有这种“怪癖”呢? 原来在量子力学诞生之后,玻尔为了解释氢光谱就为原子中的电子设计好了量子化轨道——电子只能在一定的分离轨道上运动.而且泡利原理提出之后,高特斯密特和乌伦贝克用实验验证,电子具有内禀自旋量子数1/2.只有当两个电子的自旋光全相反时,能量才最低,原子结构最稳定.这样,利用泡利原理,原子内部的电子分布和元素的周期律就得到了完美的解释.当然,对于元素周期表中那些原子序数为奇数的原子,其中总会有个电子找不到舞伴,她只好独自跳她的“华尔兹”了.不过,原子在形成化合物分子时,她又能找到自己的舞伴了。

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