泡利不相容原理的本質(zhì)

                           胡  良                                       

                       深圳宏源清有限公司  

                  深圳市羅湖區(qū)金田工業(yè)區(qū)D棟,518004

摘要: 泡利不相容原理體現(xiàn)了微觀粒子運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，表達(dá)了在費(fèi)米子組成的系統(tǒng)中，不能有兩個(gè)（或兩個(gè)以上）的粒子處于完全相同的狀態(tài)。在原子中確定一個(gè)電子的狀態(tài)需要四個(gè)量子數(shù)；所以泡利不相容原理在原子中又可表達(dá)為不能有兩個(gè)或兩個(gè)以上的電子具有完全相同的四個(gè)量子數(shù)；這是電子在核外排布形成周期性的準(zhǔn)則。

 關(guān)鍵詞：泡利不相容原理，對稱性破缺，光子，能量，普朗克常數(shù)

分類號(hào)：O412,O413

A new physical constant

Hu  Liang

Abstract：Energy characteristics constant (with Hu expressed)，Dimension

is L ^ (3)  [L ^ (3) T ^ (- 3)], is a physical constant, equivalent to the size of Vp *C ^ (3). Energy characteristics constant (Hu) is the smallest unit of energy, which is equivalent to the energy of elementary particles.

Keywords:Energy, Planck space, velocity of light, Planck constant

1引言

   泡利不相容原理體現(xiàn)了微觀粒子運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，表達(dá)了在費(fèi)米子組成的系統(tǒng)中，不能有兩個(gè)（或兩個(gè)以上）的粒子處于完全相同的狀態(tài)。在原子中確定一個(gè)電子的狀態(tài)需要四個(gè)量子數(shù)；所以泡利不相容原理在原子中又可表達(dá)為不能有兩個(gè)或兩個(gè)以上的電子具有完全相同的四個(gè)量子數(shù)；這是電子在核外排布形成周期性的準(zhǔn)則。

  原子中的電子狀態(tài)由主量子數(shù)（n）、角量子數(shù)（l）、磁量子數(shù)磁（ml）以及自旋磁量子數(shù)（ms）所描述；因此，泡利原理又可表達(dá)為原子內(nèi)不可能有兩個(gè)（或兩個(gè)以上）的電子具有完全相同的四個(gè)量子數(shù)n、l、ml、ms。泡利原理也適用于質(zhì)子、中子等費(fèi)米子。

  根據(jù)自旋倍數(shù)的不同，基本粒子可分為玻色子和費(fèi)米子兩大類。費(fèi)米子就是像電子一樣的粒子，有半整數(shù)自旋(如1/2，3/2，5/2等)；而玻色子是就像光子一樣的粒子，有整數(shù)自旋(如0，1，2等)。

  而這種自旋差異，使費(fèi)米子和玻色子具有完全不同的特性。任何兩個(gè)費(fèi)米子都不具有相同的量子態(tài)，不具有相同的特性；而玻色子卻能具有相同的特性。

  費(fèi)米子是依隨費(fèi)米-狄拉克統(tǒng)計(jì)、角動(dòng)量的自旋量子數(shù)為半奇數(shù)整數(shù)倍的粒子。費(fèi)米子遵從泡利不相容原理。基本粒子中所有的物質(zhì)粒子都是費(fèi)米子。玻色子是依隨玻色-愛因斯坦統(tǒng)計(jì)，自旋為整數(shù)的粒子。玻色子不遵守泡利不相容原理，在低溫時(shí)可以發(fā)生玻色-愛因斯坦凝聚。

  粒子具有對稱性，有一種粒子，則必然對應(yīng)存在一種反粒子。一對正、反粒子相碰，可以湮滅而變成光子；反之，兩個(gè)光子碰撞時(shí)，則有可能產(chǎn)生一對新的正、反粒子。

  粒子具有自旋屬性。自旋為半整數(shù)的粒子稱為費(fèi)米子，自旋為為整數(shù)的粒子稱為玻色子。

基本粒子可視為是不可分割的點(diǎn)粒子，是故物體自轉(zhuǎn)無法直接套用到自旋角動(dòng)量上來，自旋是一種內(nèi)在性質(zhì)，是粒子具有的一種角動(dòng)量，并且量子化的。

 粒子具有守恒屬性，粒子的產(chǎn)生和衰變過程就要遵循能量宇恒定理。

粒子具有波粒二象性，量子場論描述粒子的粒子性及波動(dòng)性的雙重屬性，以及粒子的產(chǎn)生和消滅過程。

  此外，所有的基本粒子都是共振態(tài)，共振態(tài)分二類，一類是不穩(wěn)定的，如強(qiáng)子類；另一類是穩(wěn)定的，如電子．中子等．產(chǎn)生基本粒子的外因是物質(zhì)波的交匯，交匯處形成波包．內(nèi)因是交匯處發(fā)生了共振（基本粒子的產(chǎn)生）．

 基本粒子理論研究基本粒子的結(jié)構(gòu)、相互作用和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化規(guī)律的理論，每一類型的粒子都由相應(yīng)的量子場描述，粒子之間的相互作用就是這些量子場之間的耦合，而這種相互作用是由規(guī)范場量子傳遞的?？淇四Ｐ停J(rèn)為介子是由夸克和反夸克所組成，重子是由三個(gè)夸克組成。弦論的觀點(diǎn)是，自然界的基本單元不是電子、光子、中微子和夸克之類的粒子。這些看起來像粒子的東西實(shí)際上都是很小很小的弦的閉合圈（稱為閉合弦或閉弦），閉弦的不同振動(dòng)和運(yùn)動(dòng)就產(chǎn)生出各種不同的基本粒子。

2能量的內(nèi)能屬性

  物體的內(nèi)能包括其中微觀粒子的動(dòng)能、勢能、化學(xué)能、電離能及原子核內(nèi)部核能等所有

能量的總和；但物體的內(nèi)能不包括這個(gè)物體整休運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能及在重力場中的勢能。

  動(dòng)能（Ek）的量綱是[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(0)T^(-1)]或[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(0)T^(0)].

  勢能（Ep）的量綱是[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]*[L^(1)T^(0)].可見動(dòng)能與勢能的量綱相同。

  物體整體運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能及在重力場中的勢能之和,用Eg表達(dá)。

這樣：Eg=Ek+Ep，這意味Eg表達(dá)物體整休運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能及在重力場中的勢能之和.體現(xiàn)了慣性體系（能量）的外在屬性。

  慣性體系（能量）的內(nèi)在屬性，用內(nèi)能（Eu）表達(dá)。

內(nèi)能（Eu）的量綱是[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(0)]或[L^(3)T^(-1)]*[L^(3)T^(-1)]*[L^(0)T^(0)]

  而能量（E）的量綱是[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]或

  [L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(0)]

       可見:     [E^(2)]/C=Eg*Eu.  或 E^(2）=Eg*Eu*C

        或 Eg=[Eu*C]/[E^(2）] 或Eu =[Eg*C]/[E^(2）]。

因?yàn)椋瑧T性體系的能量（E）守恒，當(dāng)慣性體系的內(nèi)能（Eu）不變時(shí)，慣性體系的外在能量（Eg）也不變。

  可見：對于遙遠(yuǎn)星系，從遙遠(yuǎn)星系發(fā)出的電磁波（光子），遠(yuǎn)離該遙遠(yuǎn)星系，飛向地球。此時(shí)，由于宇宙中物質(zhì)的引力存在，光子的勢能變大，從而該光子的動(dòng)能變小，波長變長，體現(xiàn)出紅移現(xiàn)象（從這些天體發(fā)出的電磁波波長會(huì)變長）。

  更加遙遠(yuǎn)星系離地球更加遠(yuǎn)，從更加遙遠(yuǎn)星系發(fā)出的電磁波（光子）的勢能變得更加大，從而該光子的動(dòng)能變得 更加小，波長變得更加長，體現(xiàn)出紅移現(xiàn)象（從這些天體發(fā)出的電磁波波長會(huì)更加變長）更加明顯；而宇宙的能量平均密度是一常數(shù)，這是微波背景產(chǎn)生的原因。

  現(xiàn)實(shí)中，對遙遠(yuǎn)星系（包括類星體）的觀測表明這些天體存在紅移（即從這些天體發(fā)射出的電磁波長會(huì)變長）。而這種紅移，產(chǎn)生的原因是引力紅移，而不是多普勒頻移。

3能量的對稱性破缺

  從能量的對稱性破缺來看，分為四大類：

第一類：對稱性沒有破缺

光子的對稱性沒有破缺。光子的量綱表達(dá)式

為：[L^(m₁)T^(-n₁)]* [L^(m₂)T^(-n₂)]*[L^(m₃)T^(-n₃)],其中m₁+m₂+m₃=6，n₁+n₂+n₃=3。其大小是Hu=Vp*C^(3)，屬于波色子。

反光子的量綱表達(dá)式

為：[L^(m₁)T^(-n₁)]* [L^(m₂)T^(-n₂)]*{-[L^(m₃)T^(-n₃)]},其中m₁+m₂+m₃=6，n₁+n₂+n₃=3。

其大小是Hu=Vp*C^(3)，屬于波色子。

第二類：一對光子破缺成為一對正負(fù)電子；反之，一對正負(fù)電子恢復(fù)對稱性也可成為一對光子；光子（正光子）的量綱是[L^(3)T^(-1)]*{[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(0)]}及光子（反光子）的量綱是[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(0)]}。大小是Hu=V_p*C^(3)。

正電子的量綱是[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]*Lp及負(fù)電子的量綱是[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(2)T^(-2)]*Lp。大小是：Hu/Lp.

換個(gè)角度來說，電子的量綱表達(dá)式

為：[L^(m₁)T^(-n₁)]* [L^(m₂)T^(-n₂)]*[-Lp],其中m₁+m₂=5，n₁+n₂=3。

其大小是Hu/Lp，屬于費(fèi)米子。

正電子的量綱表達(dá)式

為：[L^(m₁)T^(-n₁)]* [L^(m₂)T^(-n₂)]*Lp,其中m₁+m₂=5，n₁+n₂=3。

其大小是Hu/Lp，屬于費(fèi)米子。

第三類：一對電子破缺成為一對正負(fù)質(zhì)子；反之，一對正負(fù)質(zhì)子恢復(fù)對稱性也可成為一對電子。負(fù)電子的量綱是[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(2)T^(-2)]}*Lp.其大小是Hu/Lp。

質(zhì)子的量綱是[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]*Sp及負(fù)質(zhì)子的量綱是[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(1)T^(-2)]*Sp。大小是：Hu/Sp.

 此外，一對正電子破缺成為一對正負(fù)質(zhì)子；反之，一對正負(fù)質(zhì)子恢復(fù)對稱性也可成為一對正電子。正電子的量綱是[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]*Lp.其大小是Hu/Lp。

質(zhì)子的量綱是[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]*Sp及負(fù)質(zhì)子的量綱是[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(1)T^(-2)]*Sp。大小是：Hu/Sp.

換個(gè)角度來說，負(fù)質(zhì)子的量綱表達(dá)式

為：[L^(m₁)T^(-n₁)]* [L^(m₂)T^(-n₂)]*[-Sp],其中m₁+m₂=4，n₁+n₂=3。

其大小是Hu/Sp，屬于費(fèi)米子。

正質(zhì)子的量綱表達(dá)式

為：[L^(m₁)T^(-n₁)]* [L^(m₂)T^(-n₂)]*Sp,其中m₁+m₂=4，n₁+n₂=3。

其大小是Hu/Sp，屬于費(fèi)米子。

第四類：一對質(zhì)子破缺可成為中子及反中子（或中微子及反中微子）；反之，中子及反中子（或中微子及反中微子）恢復(fù)對稱性也可成為一對質(zhì)子。

  質(zhì)子的量綱是[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]*Sp.其大小是Hu/Sp。

中子的量綱是[L^(2)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]*Vp及中微子的量綱是[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]*Vp。大小是：Hu/Vp.

  此外，一對負(fù)質(zhì)子也可破缺成中子及反中子（或中微子及反中微子）；反之，中子及反中子（或中微子及反中微子）恢復(fù)對稱性也可成為一對負(fù)質(zhì)子。

負(fù)質(zhì)子的量綱是[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(1)T^(-2)]}*Sp.其大小是Hu/Sp。

中子的量綱是[L^(2)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]*Vp及中微子子的量綱是[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]*Vp。大小是：Hu/Vp.中微子的較易輻射。

換個(gè)角度來說，反中子的量綱表達(dá)式

為：[L^(m₁)T^(-n₁)]* [L^(m₂)T^(-n₂)]*[-Vp],其中m₁+m₂=3，n₁+n₂=3。

其大小是Hu/Vp，屬于費(fèi)米子。

中子的量綱表達(dá)式

為：[L^(m₁)T^(-n₁)]* [L^(m₂)T^(-n₂)]*Vp,其中m₁+m₂=3，n₁+n₂=3。

其大小是Hu/Vp，屬于費(fèi)米子。

  原子的結(jié)構(gòu)是：光子圍繞電子運(yùn)動(dòng)；電子圍繞原子核運(yùn)動(dòng)。而原子核中，質(zhì)子被中子約束。

氫原子例外（原子核中不含中子）。

 例一：原子中的電子狀態(tài)由主量子數(shù)（n）、角量子數(shù)（l）、磁量子數(shù)磁（ml）以及自旋磁量子數(shù)（ms）所描述；因此，泡利不相容原理又可表達(dá)為原子內(nèi)不可能有兩個(gè)（或兩個(gè)以上）的電子具有完全相同的四個(gè)量子數(shù)n、l、ml、ms。這意味著，當(dāng)電子狀態(tài)完全相同時(shí)，電子會(huì)進(jìn)一步破缺成質(zhì)子及反質(zhì)子；這就是泡利不相容原理的本質(zhì)。

例二：夸克模型，認(rèn)為介子是由夸克和反夸克所組成，重子是由三個(gè)夸克組成。其實(shí)，夸克的本質(zhì)只是基本粒子的屬性。從質(zhì)子的量綱表達(dá)式：[L^(m₁)T^(-n₁)]* [L^(m₂)T^(-n₂)]*Sp,其中m₁+m₂=4，n₁+n₂=3；其大小是Hu/Sp，屬于費(fèi)米子?？芍淇说牧烤V是[L^(m₁)T^(-n₁)]* [L^(m₂)T^(-n₂)]，其中m₁+m₂=4，n₁+n₂=3，只是基本粒子的屬性。

 宇宙是相互聯(lián)系的，相互糾纏的。為了便于表達(dá)，可分為四部分。第一部分，被觀測慣性體系之一（用A表達(dá)）；第二部分，被觀測慣性體系之二（用B表達(dá)）；第三部分，觀測者慣性體系（用C表達(dá)）；第四部分，背景慣性體系（用D表達(dá)）。宇宙由這四部分組成，宇宙的四部分構(gòu)成宇宙整體。

例如：A光子與B光子處于糾纏態(tài)；如果D保持不變，觀測者（C）觀測A光子，就能了解B光子。

 4能量特征常數(shù)表達(dá)式之二

  能量特征常數(shù)具有另一種表達(dá)式。

  從一維空間的角度來看:

 一維空間運(yùn)動(dòng)的量綱是：L^(1)*[L^(1)T^(-1)]，

數(shù)學(xué)表達(dá)式：R^(2)=X^(2)+[i*(Vx*t)^(2)];其中, Vx＜C,X＞Lp,t＞tp.

  從二維空間的角度來看:

 二維空間運(yùn)動(dòng)的量綱是：L^(2)*[L^(2)T^(-2)]，

數(shù)學(xué)表達(dá)式：R^(2)=X^(2)+Y^(2) +[i*(Vx*t)^(2)]+[i*(Vy*t)^(2)].

其中, Vx＜C, Vy＜C;X＞Lp,Y＞Lp;t＞tp.

  從三維空間的角度來看:

三維空間運(yùn)動(dòng)的量綱是：L^(3)*[L^(3)T^(-3)]，

R^(2)=X^(2)+Y^(2)+Z^(2) +[i*(Vx*t)^(2)]+[i*(Vy*t)^(2)]+[i*(Vz*t)^(2)].

其中, Vx＜C, Vy＜C, Vz＜C;X＞Lp,Y＞Lp, Z＞Lp;t＞tp.

上式:C表達(dá)真空中的光速;Lp表達(dá)普朗克長度(宇宙中最小的長度).tp表達(dá)普朗克時(shí)間(宇宙中最小時(shí)間.

對于三維空間運(yùn)動(dòng)來說:

當(dāng)一維空間破缺時(shí):

R^(2)=X^(2)+Y^(2)+Z^(2) +[i*(Vx*t)^(2)]+[i*(Vy*t)^(2)].

當(dāng)二維空間破缺時(shí):

R^(2)=X^(2)+ Y^(2)+Z^(2) +[i*(Vx*t)^(2)].

當(dāng)三維空間破缺時(shí):

R^(2)=X^(2)+ Y^(2)+Z^(2) .

當(dāng)三維空間沒有破缺時(shí):

R^(2)=X^(2)+Y^(2)+Z^(2) +[i*(Vx*t)^(2)]+[i*(Vy*t)^(2)]+[i*(Vz*t)^(2)].

 從宏觀的角度來看，對于任一個(gè)慣性體系（N個(gè)基本粒子組成）來說，都存在對稱性在一維破缺，二維破缺，三維破缺及沒有破缺等四種情況。