ما هو مبدأ استبعاد باولي؟
15377#0
مبدأ استبعاد باولي هو أحد مبادئ ميكانيكا الكم، وينص على أنه لا يمكن لاثنين من الفيرميونات (وهي الجسيمات نصفية الدوران المغزلي) أن يحتلا نفس الحالة الكمومية. وقد قام بصياغة هذا المبدأ العالم الفيزيائي النمساوي فولفجانج باولي عام 1925.
مبدأ استبعاد باولي
15377#3
يحكم مبدأ استبعاد باولي سلوك جميع الفيرميونات، إلا أن البوزونات لا تخضع لهذا المبدأ. والفيرميونات هي الجسيمات الأولية مثل الكواركات (الجسيمات المكونة للبروتونات والنيوترونات)، والإلكترونات والنيوترينوات. إضافة إلى ذلك، تعتبر البروتونات والنيوترونات (الجسيمات دون الذرية المكونة من ثلاثة كواركات) وبعض الذرات فيرميونات، وتخضع لمبدأ الاستبعاد. وتملك الذرات دوراناً محصلاً مختلفاً، وهو ما يحدد ما إذا كانت فيرميونات أو بوزونات، فعلى سبيل المثال الهيليوم-3 عدده الدوراني هو ½ وبذلك يعتبر فيرميون، وفي نفس الوقت فإن الهيليوم-4 عدده الدوراني هو 0 وبذلك فهو بوزون. وعلى هذا النحو، فإن مبدأ الاستبعاد يحدد خصائص الكثير من المواد، من المستوى المرئي، إلى السلوك الكيميائي للذرات.
مبدأ استبعاد باولي
2447355#55
ينص مبدأ باولي للاستبعاد على أنه لا يمكن لإلكترونين في نفس النظام أن تكون لهم نفس الحالة، الطبيعة -على أي حال- تترك الاحتمالية مفتوحة لأن يكون للإلكترونين كلا الحالتين "متداخلة" على كل واحد منهم، نستذكر أن دوال الموجة التي تنشأ في نفس اللحظة من شقين إثنين تصل إلى شاشة الكشف في حالة تراكب فلا شئ مؤكد مالم تنهار الأشكال الموجية المتراكبة ففي تلك اللحظة يبرز إلكترون في مكان ما حسب الإحتمالية التي هي مربع القيمة المطلقة لمجموع السعات ذات القيم المركبة للشكلين الموجيين المتراكبين فالحالة هناك هي تصورية جدا حالياً فهي طريقة محددة في التفكير عن الفوتونات المتشابكة الفوتونات حيث تتراكب حالتان متضادتان إثنتان على كل منهما في نفس الحدث هي كما يلي:
مقدمة في ميكانيكا الكم
6634#16
لاحظ الفيزيائي النمساوي فولفغانغ باولي في سنة 1924 بأنه يمكن تفسير البناء شبيه القشرة للذرة من خلال مجموعة من أربع معاملات متغيرة تحدد كل حالة طاقة الكم، شريطة أن يكون أن لا يزيد في كل حالة عن إلكترون واحد. (ويعرف هذا الحظر المفروض على أكثر من إلكترون أن يشغل نفس حالة كمية الطاقة باسم مبدأ استبعاد باولي.) وقدم الفيزيائيان الهولنديان صمويل جودسميت وجورج أولنبيك الآلية المادية لشرح المعامل الرابع والذي له قيمتين مميزتين، عندما اقترحوا أن بإمكان الإلكترون مع الزخم الزاوي لمداره أن يمتلك قوة زخم زاوي فعلي. وعرفت تلك الخاصية باللف المغزلي وقد شرحت تقسيم سابق كان غامضا عن خطوط الطيف رصدها مرسمة طيف عالي الدقة، وعرفت تلك الظاهرة باسم تقسيم هيكلي دقيق.
إلكترون
733602#2
من أهم انجازاته العلمية أيضا مشاركته في تطوير ميكانيكا الكم التي أمكن بواسطتها تفسير خطوط طيف الهيدروجين وبالتالي تقوم بوصف دقيق لسلوك الإلكترون في الذرة . وضع المبدأ المسمى باسمه مبدأ استبعاد باولي ، الذي ينص : لا يمكن لإلكترونين في الذرة أن تكون لهما نفس الأربعة اعداد كمومية (n , l , m, s ).
ولفجانج باولي
127520#0
فولفغانغ باولي عالم فيزياء نظرية نمساوي وواحد من العلماء الرواد في ميكانيكا الكم. في عام 1945 استلم باولي جائزة نوبل في الفيزياء ""لمساهمته في اكتشاف قانون جديد للطبيعة وهو مبدأ استبعاد باولي"". ساهم كثيرا في تطور نظريات ميكانيكا الكم. كان صديقا حميما لنيلز بور وفيرنر هايزنبرج. حصل على شهادة الدكتوراة من جامعة لودفيغ ماكسميليان في ميونخ. مبدأ استبعاد باولي ومصفوفات باولي وغيرها تعد من أهم ما قدمه باولي في مجال ميكانيكا الكم.
فولفغانغ باولي
15377#6
بحث باولي للحصول على تفسير لهذه الأرقام، التي كانت في البداية مجرد أرقام تجريبية. وفي نفس الوقت كان يحاول أيضاً تفسير النتائج التجريبية لتأثير زيمان في الطيف الذري وتفسير الفيرومغناطيسية. وقد وجد في عام 1924 المفتاح لحل اللغز من خلال أوراق Edmund C. Stoner التي أشارت إلى أنه لقيمة معينة من عدد الكم الرئيسي (n)، فإن عدد مستويات الطاقة لإلكترون واحد في أطياف الفلزات القلوية في مجال مغناطيسي خارجي، مساوية لعدد الإلكترونات في المدار المغلق للغازات الخاملة لنفس القيمة من العدد (n). وقد أدى هذا إلى أن يدرك باولي أن هذه الأرقام المعقدة للإلكترونات في المدارات المغلقة يمكن اقتصارها على القاعدة البسيطة التي تنص على أن الإلكترون له حالة خاصة، إذا تم تعريف حالة الإلكترون باستخدام أربعة أرقام. ولهذه الغاية فقد وضع عدداً كمياً جديداً ذو قيمتين، وسمي عدد الدوران للإلكترون من قبل سامويل جودسميت وجورج أولنبك.
مبدأ استبعاد باولي
15377#2
أما الجسيمات صحيحة الدوران المغزلي، مثل البوزونات، فهي لا تخضع لمبدأ باولي للاستبعاد: أي عدد من البوزونات يمكن أن يحتل نفس الحالة الكمومية، مثل الفوتونات التي ينتجها الليزر أو مكثفات بوز-آينشتاين.
مبدأ استبعاد باولي
6634#29
في حالة التناظر المضاد فإن حلول معادلة الموجة للإلكترونات المتفاعلة تؤدي إلى احتمالية الصفر بحيث كل زوج سيشغل نفس المكان أو الحالة. وتلك هي المسؤولة عن مبدأ استبعاد باولي الذي يمنع أي زوج من الإلكترونات بشغل نفس مستوي الطاقة (الكمومي) في الذرة. هذا المبدأ يفسر العديد من خصائص الالكترونات. مثال على ذلك: إنه يشغل الإلكترونات في مستويات طاقة مختلفة بالذرة مكونة مدارات حول نواة الذرة، بدلا من أن يتداخل بعضها البعض في نفس المدار. ويمكن أن يشغل إلكترونان نفس المستوى من الطاقة في مدار الذرة بشرط أن يكون اتجاه عدد كم مغزلي لأحدهما +1/2 (أي علوي)، أما الآخر فيكون عدده الكمومي المغزلي -1/2 (أي سفلي).
إلكترون
247063#7
استخدم ولفجانج باولي تلك المجموعة من أعداد الكم لأول مرة في عام 1924 . وكل اربعة منها تمثل احدى حالات الإلكترون في الذرة. وعن طريقها توصل إلى صياغة للمبدأ المعروفة باسمه ، وهو مبدأ استبعاد باولي الذي ينص على : "'لا يمكن لإلكترونين في الذرة أن تكون لهما نفس الأربعة اعداد كمومية . "
عدد كمي