Pauli Banning Principle • James Trefil, Encyclopedia "Universets to hundrede love"

Pauli forbud princippet

Østrigske fysiker Wolfgang Pauli er en af ​​flere europæiske teoretiske fysikere, som formulerede de grundlæggende principper og postulater af kvantemekanik i slutningen af ​​1920'erne og begyndelsen af ​​1930'erne. Princippet, der bærer hans navn, er en af ​​grundene i denne del af den fysiske videnskab. Den nemmeste måde at forestille sig, hvad Pauli-princippet er, hvis vi sammenligner elektroner med biler i en overdækket parkeringsplads på flere etager. Der er kun en bil placeret i hver kasse, og efter at alle kasser på parkeringspladsens nederste etage er optaget, skal bilerne gå til næste etage på ledig plads. På samme måde er elektroner i atomer – i hver kredsløb omkring kernen placeres ikke mere end der er "parkeringspladser", og efter at alle rum i kredsløb er optaget, søger den næste elektron et sted i en højere bane.

Endvidere opfører elektronerne sig betinget som om de roterer rundt om deres egen akse (det vil sige, de har deres eget drejningsmoment, som i dette tilfælde kaldes tilbage spin og som kun kan tage to værdier: +1/2 eller -1/2). To elektroner med modsat spin kan besætte et rum i kredsløb.Det er som om en højrehånd og en venstre drev blev placeret i samme kasse, og to biler med samme styrestilling passede ikke. Derfor ser vi i første række af Mendeleevs periodiske bord kun to atomer (hydrogen og helium): i den nederste kredsløb er der kun tildelt et dobbeltrum for elektroner med modsat spin. I det næste kredsløb er der allerede placeret 8 elektroner (fire med spin -1/2 og fire med spin +1/2), derfor ser vi allerede i otte elementer i den anden række af det periodiske bord. Og så videre.

Indenfor de aldrende stjerner er temperaturen så høj at atomerne hovedsageligt er i ioniseret tilstand, og elektronerne bevæger sig frit mellem kernerne. Og her arbejder princippet om forbuddet mod Pauli, men i en ændret form. Nu siger han, at ikke mere end to elektroner med modsat spin og visse intervaller med maksimalt tilladte hastigheder kan samtidig ligge i et bestemt rumligt rumfang. Imidlertid ændres billedet dramatisk, når stoffets tæthed i stjernen overstiger en tærskelværdi på ca. 107 kg / m3 (til sammenligning er det 10.000 gange højere end vandtætheden, en matchkasse af et sådant stof vejer ca. 100 tons). Med en sådan tæthed begynder Pauli-princippet at udtrykkes i den hurtige vækst af internt tryk i en stjerne. Dette er en ekstra degenereret elektrongastryk, og dens manifestation er det faktum, at gravitationsbruddet af den gamle stjerne stopper efter at den krymper til en størrelse, der kan sammenlignes med jordens. Disse stjerner kaldes hvide dværge, og dette er den sidste fase i udviklingen af ​​stjerner med en masse tæt på solens masse (cm. Chandrasekhar grænse).

Ovenfor beskrev jeg virkningen af ​​Pauli forbuddet mod elektroner, men det gælder også for eventuelle elementære partikler med et heltalstal spin nummer (1/2, 3/2, 5/2 osv.). Specielt er neutronens centrifugeringsnummer lig med, ligesom med elektronen, 1/2. Det betyder, at neutroner, som elektroner, kræver et vist "levende rum" omkring sig selv. Hvis massen af ​​den hvide dværg overstiger 1,4 solens masse (cm. Chandrasekhar's grænse), påvirker gravitationsattraktion styrker protoner og elektroner inde i en stjerne for at slutte sig sammen i neutroner.Men så begynder neutroner som elektroner i hvide dværge at producere internt tryk, som kaldes degenereret neutron gas trykog i dette tilfælde stopper gravitationsbruddet af stjernen på dannelsesstadiet neutronstjernenhvis diameter er sammenlignelig med størrelsen af ​​en stor by. Men med endnu større masse af stjernen (begyndende ved omkring tredive gange solens masse) bryder tyngdekraften ned modstanden af ​​den degenererede neutrongas, og stjernerne falder sammen yderligere og bliver til sorte huller.

Pauli forbud princippet er et levende eksempel på en ny type naturlov, og som computer teknologi udvikler sig, vil sådanne "implicitte" love uundgåeligt spille en stigende rolle. Loven af ​​denne type er fundamentalt forskellig fra lovene i klassisk fysik, såsom Newtons mekanikers love, de forudsiger ikke, hvad der vil ske i systemet. I stedet bestemmer de hvad der er i systemet. kan ikke at ske. Det var deres biolog og struktursteoretiker Harold Morowitz (Harold Morowitz, 1927) kaldt "cut-off rules": sådanne regler, især Pauli-forbudsprincippet, koger ned tilat for at løse de mest komplekse og komplekse problemer (og beregningen af ​​kredsløb af elektroner i komplekse atomer er helt sikkert blandt dem), skal computeren programmeres, så den selv overvejede ikke naturligvis umulige løsninger. Således afskærer en sådan regel naturligvis døde grene fra bagagerummet af mulige løsninger af problemet, hvilket kun giver tilladte muligheder for sin løsning, som skyldes datoen for computerberegninger reduceres til rimelige grænser. Regler som Pauli-udelukkelsesprincippet bliver således stadig vigtigere, da vi i stigende grad er afhængige af computere til løsning af de mest komplekse og komplekse problemer.

Se også:

1783Sorte huller
omkring 1920Aufbau-princippet

Pauli effekt

Tidligere kombinerede forskere i omfanget af Isaac Newton eller Michael Faraday succesfuldt eksperimenter og teoretikere – de selv udførte eksperimenter for at studere forskellige aspekter af den fysiske verden og selv udviklede teorier for at forklare de resultater, de havde opnået ved erfaring. Disse tider er forbi. Fra omkring begyndelsen af ​​det tyvende århundrede spredte smal specialisering, som fejede over alle grener af menneskelig aktivitet, sig til naturvidenskaben, herunder fysik.I dag ser vi, at det overvældende flertal af forskere falder ind i en af ​​to kategorier – eksperimenter eller teoretikere. At kombinere disse to inkarnationer i vores tid er næsten umuligt.

Wolfgang Pauli var en udtalt teoretisk fysiker og, som det er karakteristisk for mange forskere i denne kategori, var han meget foragtende af "rørlæggere" (som han selv sagde) vinkede hænderne på eksperimentelle installationer. Paulies snobberi mod eksperimenterne, såvel som hans fuldstændige manglende evne til at lave selv det enkleste eksperimentelle installationsarbejde, blev legendarisk. De siger, at det kostede ham at blive vist i det fysiske laboratorium, da noget udstyr straks brød sammen. Det siges, at en uhyggelig eksplosion ved Leiden Universitet (Holland) skete minut efter minut, ankom Pauli i denne by med tog fra Zürich.

Sandt eller ej, men "Pauli-effekten" – en persons evne til at destruere indflydelse på et eksperiment ved hans tilstedeværelse alene – har fastgjort fysisk folklore. Men som forklaringen af ​​Bohr er der sandsynligvis meget overdrivelse, hvis man ser på det.

Wolfgang PAULI
Wolfgang Pauli, 1900-58

Østrigsk, derefter schweizisk teoretisk fysiker. Født i Wien, i familie af en professor ved universitetet i Wien. Paulis gudfader var Ernst Mach (cm. Stødbølger). En anden studerende beherskede den private og generelle teori om relativitet. Han studerede teoretisk fysik ved Universitetet i München i samme gruppe med Werner Heisenberg (cm. Heisenberg usikkerhedsprincip), forsvarede han sit eksamensbevis i 1922.

Pauli var en af ​​kvantemekanikernes pionerer og laver en række grundlæggende bidrag til den nye videnskabelige disciplin. Det mest sandsynlige er sandsynligvis hans forbudsprincip, formuleret i 1924 – Pauli blev tildelt Nobelprisen i fysik for ham i 1945. Hans ide om tilstedeværelsen af ​​kvantespidsnumre for elementære partikler blev eksperimentelt bekræftet to år senere. Desuden kunne Pauli forklare den tilsyneladende krænkelse af loven om bevarelse af energi under betabedslæt (cm. Radioaktivt henfald) gennem antagelse af stråling med ham, ud over elektronen, en ukendt partikel, der senere kaldes neutrino.

Under anden verdenskrig arbejdede Pauli i USA ved Princeton Institute for Advanced Study.Efter krigen vendte han tilbage til Europa, tog schweizsk statsborgerskab og tog posten som professor i eksperimentel fysik ved Federal Institute of Technology i Zürich.


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: