Теперь Кью работает в режиме чтения

Мы сохранили весь контент, но добавить что-то новое уже нельзя

Почему ни одна пара электронов в атоме не может иметь одинаковые электронные квантовые числа?

ОбразованиеФизика+3
Анонимный вопрос
Физика
  · 12,4 K
Физик, доктор, интересны квантовая механика и гравитация  · 6 янв 2022
согласно предыдущему оратору следующий текст должен потянуть на небольшую книгу:
Точной формулировкой невозможности электронам занять одно и то же квантовое состояние является антисимметричность волновой функции нескольких электронов - при перестановке любых двух волновая функция
меняет знак. Это преподают в курсах нерелятивистской квантовой механики при этом приговаривая, а вот почему это так даёт ответ только релятивистская квантовая механика- теория квантованных полей. Когда продвинутый ребёнок начинает изучать эту теорию, оказывается, что во многих курсах уже забыли про обещание и действительно трудно понять как учёт релятивистских эффектов приводит к несимметричности волновой функции.
Рассмотрим коротко как получается квантовая теория поля. Во-первых если вместо обычного уравнения Шрёдингера вывести релятивистски инвариантные уравнения, то оказывается для них не выполняется сохранение числа частиц. Это толчок к введению операторов рождения и уничтожения частиц. В этом месте в учебниках происходит забавный финт: они пишут « ну мы же знаем, что бывают бозон и фермионы» тогда из требований симметрии и антисимметрии волновых функций получаем правила коммутации и антикоммутации операторов рождения и уничтожения для фермионов и бозонов. Опа круг замкнулся. Как же все таки релятивизм приводит к различию статистик. Дело в том, что операторы рождения и уничтожения могут быть введены и в координатном и в импульсном представлении они связаны преобразованиями фурье. Но для частиц с полуцелый спином эти операторы представляют собой Спиноры с алгеброй отличающейся оттобычных чисел. Так вот релятивизм в вопросе о статистиках появляется так. Он требует что бы коммутаторы операторов рождения и уничтожения в точках разделенных пространственно подобным интервалом равнялись нулю, другими словами между ними не должно быть причинно- следственной связи из-за относительности одновременности в таких точках. Преобразование фурье бозонных операторов в импульсном представлении даёт ноль для указанных коммутаторов если эти операторы коммутируют. А такое же преобразование для фермионных операторов даёт ноль если они антикоммутируют. То есть релятивизм здесь проявляется из-за невозможности причинно- следственной связи между событиями разделёнными пространственно- подобным интервалом.
1 эксперт согласен
ну вот распишете все это подробно - и получится у вас небольшая книга. Какой собственно и была оригинальная статья... Читать дальше
младший научный сотрудник ФТИ им. Иоффе  · 27 дек 2021  ·
astropolytech
Не только в атоме, а вообще. Никакие два электрона во вселенной не могут находиться в абсолютно одинаковом состоянии. А фотоны, например, могут. Это следствие антисимметричности волновой функции электронов (и всех частиц с полуцелым спином). Если есть система с двумя электронами, с координатами x1 и x2, то при перестановке электронов функция меняет знак f(x1,x2) =... Читать далее
астрофизическое образованиеПерейти на vk.com/astropolytech
1 эксперт не согласен
> Не только в атоме, а вообще. Никакие два электрона во вселенной не могут находиться в абсолютно одинаковом состоя... Читать дальше
Немного обо всём  · 10 июн 2023
Это следует из так называемого принципа Паули, который утверждает, что ни одна пара фермионов (таких как электроны) не может находиться в одном и том же квантовом состоянии одновременно. Квантовые числа определяют квантовые состояния электронов в атоме, такие как энергия, момент импульса и спин.  Согласно принципу Паули, каждый электрон в атоме должен иметь уникальный... Читать далее