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读者问：

当我阅读关于激光的答案时，我想起了关于保利原理的旧问题。据我了解，对于氢分子中的两个电子，自旋应相反。这是否意味着在分子形成过程中，电子会改变其自旋，还是只有具有相反自旋的电子才能形成分子？

关于这一点有很多话要说，所以让我们从保利禁止原则开始。

尽管宇宙中存在各种不同类型的基本粒子，但它们都可以分为两种：

费米子是具有半整数自旋的粒子：±1/2，±3/2，±5/2，..
玻色子是具有整个自旋的粒子：0，±1，±2，..

有趣的是，复合粒子也可以表现为费米子或玻色子。质子和中子的行为像具有自旋±1/2的费米子一样，如电子。每个粒子都有其可以占据的一组量子态，具有离散的能级，角矩，自旋方向等。

费米子和玻色子之间的主要区别在于，如果您有两个相同的粒子，则可以在那里以相同的量子态发送尽可能多的玻色子，但是相同的费米子不能占据相同的状态。

如果电子不是费米子，而是玻色子，那么任何原子都可以在较低能级（上面红色）处塞入任何原子。但是电子是费米子，因此它遵守禁止原理。两个电子可以具有最小的能级，因为它们可以具有+1/2和-1/2的自旋，但是要添加第三个电子，必须跳到另一个量子态。

排列原子中的量子态，以便可以到达更高的能级（下图中的n），然后到达更高的角动量（l）。

因此，状态l = 0是s轨道，l = 1是p轨道，l = 2是d轨道，依此类推。因此，元素周期表的结构就是这样：上排有两个元素（n = 1，l = 0，m = 0，spin =±1/2），第二排有8个元素（n = 2，l = 0，m = 0，自旋=±1/2，n = 2，l = 1，m = 1,0，或-1，自旋=±1/2），第三行中的18个元素，依此类推。

因此，添加额外的6、10、14等。表格的每个新行的出现都是由于Pauli原理造成的。

尽管我们无法将一个电子与另一个电子区分开，但由于它们是相同的，所以每个原子系统都是唯一的。换句话说，如果您有四个处于基态的氢原子，它们将不需要占据不同的能级。

通常，由于原子核（质子）彼此不同（不在同一原子核中或在任何意义上都处于重叠的量子态），并且电子附着在质子上（也就是说，它们彼此不处于重叠的量子态），一个自由氢原子的系统很可能会以一种全部都处于基本状态的方式组织起来，就像这样：

至少，从一开始就这样建立系统是明智的。但是，如果一对这样的原子互相作用，它们将结合并形成氢分子。就像处于基态的氢原子由于结合能而比自由质子和自由电子要轻（13.6 eV）一样，氢分子也比两个自由氢原子要轻（4.52 eV）。

但是这个问题是正确的。因为如果两个不同的原子试图重新连接，电子的波函数将试图彼此重叠。

但是电子不仅具有自旋，而且具有空间波功能。这意味着它们以特殊的方式占据空间。如果将两个氢原子放在一起，则它们的空间波函数可以是对称的（如上图所示），也可以是反对称的（如上图所示）。

保利原则在这里生效。

如果氢原子接近对称波函数，则电子的自旋必须是反方向的-如果一个电子的自旋为+1/2，第二个电子的自旋为-1/2，反之亦然。

如果两个原子正以反对称波函数接近，则电子的自旋应对齐：如果第一个电子为+1/2，则第二个电子的自旋也应为+1/2，反之亦然。

因此，氢原子可以通过两种方式连接-具有对称波函数和反向自旋，反之亦然。

看一下这两个组合-在顶部，波浪函数重叠，表示连接，在底部，它们不重叠，表示此状态未连接。

我们可以计算出这两个状态的结合能。

在电子的自旋对齐的反对称状态下，原子将不会形成。仅在空间波函数对称且自旋方向相反的对称状态下，氢分子才能形成。

因此，要形成一个分子，您需要两个具有对称空间波函数和多向自旋（+1/2和-1/2）的氢原子。此外，您还可以看到量子力学如何禁止您将第三个氢原子推入其中-因此，您可以制造H原子，H2分子，但不能制造H3。

询问伊桑第36号：惊人的旋转电子

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