ولفگانگ ارنست پائولی
ولفگانگ ارنست پائولی در ۱۹۰۰ در وین ، زاده شد و ۱۹۵۸ در زوریخ سوئیس درگذشت . او یک فیزیک دان برجسته و بلند پایه ی اتریشی و فرزند ولفگانگ پاولی استاد شیمی (او و پدرش هم نام بودند) و پسر تعمیدی ارنست ماخ فیزیکدان وفیلسوف بزرگ بود. ابتدا در گوتینگن دستیار ماکس بورن بود و سپس به جمع فیزیکدانان کپنهاگ پیوست و دستیار نیلز بور شد.
او قبل از جنگ جهانی دوم، دبیرستان فنی فدرال در زوریخ را به مرکز فیزیک نظری تغییر داد و سپس در زمان حمله به آلمان ، وی به مؤسسه مطالعات پیشرفته ی پرینستون رفت. پائولی و هایزنبرگ برجسته ترین شاگردان زومرفلد هستند. زمانی که پائولی دانشجو بود ، مقاله “تئوری نسبیت” را برای “دایره المعارف ریاضی” نوشت که تا به امروز ، یکی از بهترین ارائه ها در مورد این موضوع است. او نقش مهمی در تفسیر بور از طیف های اتمی از نظر تئوری کوانتومی داشت و اولین کسی بود که به سه عدد کوانتومی موجود، عدد چهارم را نیز به الکترون نسبت داد ( s = ±½) که بعد ها گودسمیت و اولنبک آن را تحت عنوان تکانه ی زاویه ای (اسپین) نام گذاری کردند. این باعث شد پائولی در سال 1925 اصل معروف خود را که به اصل طرد پاولی معروف است را مطرح کندکه از روی حقایق تجربی در مورد طیف های اتمی (از هلیوم و سایر اتم ها) به وجود آمده است و یکی از عمومی ترین قوانین نظریه کوانتوم شد. این موضوع به عنوان ابزاری مهم به بور در توضیح سیستم دوره ای عناصر کمک کرد. بعداً ، پائولی پیوند نزدیک بین اصل خود و آمار مجموعه ها را نشان داد ، یعنی ذرات با چرخش با ضریب صحیح (فوتون ، مزون)، آمار بوز-انیشتین را برآورده می کنند و ذرات با چرخش با ضریب نیمه صحیح (الکترون ، پروتون) ، آمار فرمی_دیراک را برآورده می کنند. در سال 1945 جایزه نوبل فیزیک به اصل طرد پائولی تعلق گرفت.
“قاعده پاولی” یا” قاعده غیر امکان” یا” اصل طرد پاولی” اصلی در مکانیک کوانتومی است. این قاعده‌ی بسیار مهم می‌گوید که در یک سیستم کوانتومی، دو یا چند فرمیون همسان(مثلاً دو الکترون) نمی‌توانند همزمان حالت کوانتومی یکسانی داشته باشند. به طور مثال برای الکترونهای یک اتم، با توجه به این اصل ، چهار عدد کوانتومی هیچ دو الکترونی یکی نیست، یعنی مثلاً اگر n, l و ml دو الکترون یکی باشد، ms به ناچار برای آن دو متفاوت خواهد بود. به عبارت دیگر ،این اصل در شکل دقیق‌تر خود می‌گوید که تابع موج کلی برای دو فرمیون حتماً باید پادمتقارن باشد. از نتایج مهم این قاعده این است که برای فرمیون‌ها هیچ چگالشی وجود ندارد . اصل طرد پاولی یکی از مهم‌ترین اصل‌های فیزیک است، این اصل متعاقباً برای همه ی ذرات تعمیم داده شد که الکترون فقط یکی از آن ها است. ذرات زیر اتمی بر اساس رفتار آماری خود در دو طبقه قرار می گیرند ، ذراتی که اصل طرد پائولی در آن اعمال می شود ، فرمیون و آنهایی که از این اصل پیروی نمی کنند ، بوزون نامیده می شوند. هنگامی که فرمیون ها در یک سیستم بسته ، مانند اتم برای الکترون ها یا هسته برای پروتون ها و نوترون ها ، توزیع می شوند، به گونه ای که یک حالت معین در یک زمان فقط توسط یکی اشغال می شود. ذراتی که از اصل طرد پیروی می کنند ، از مقدار مشخصی اسپین یا حرکت زاویه ای ذاتی برخوردار هستند. اسپین آن ها همیشه ضریب فردی از ½ است. اربیتالی که توسط یک جفت الکترون با اسپین مخالف اشغال شده است : تا زمانی که یکی از جفت های اربیتالی خالی نشود، دیگر الکترونی وارد آن نمی شود. یک بیان دیگر از اصل طرد همانطور که در مورد الکترونهای اتمی اعمال می شود ، بیان می کند که هیچ دو الکترونی نمی توانند مقادیر یکسانی از هر چهار عدد کوانتومی را داشته باشند.
اصل طرد پاولی توضیح‌دهنده بسیاری از ویژگی‌های ماده است و بسیاری از پدیده‌های فیزیکی را توضیح می‌دهد. یکی از این پدیده‌ها وجود لایه‌های الکترونی در اتم‌ها و قاعده به‌اشتراک‌گذاشتن الکترون‌ها است. هر اتم خنثی چندین الکترون دارد و از آن‌جا که الکترون‌ها ، فرمیون هستند، اصل طرد پاولی نمی‌گذارد که همه‌شان در یک حالت کوانتومی به دو ر هسته اتم جمع شوند؛ بنابراین الکترون‌ها یکی پس از دیگری روی هم قرار می‌گیرند. به همین دلیل عناصر شیمیایی گوناگون پدید می‌آید و پیوندهای بین آن‌ها این چنین گوناگون می‌شود.
مولف : صبا طاهرپور ( دانشجوی کارشناسی دانشگاه الزهرا (س) )
اولین باشید که نظر می دهید