泡利不相容原理

在量子力学里，泡利不相容原理（英语：Pauli exclusion principle，简称为泡利原理或不相容原理）表明，两个全同的费米子不能处于相同的量子态。这原理是由沃尔夫冈·泡利于 1925 年通过分析实验结果得到的结论。例如，由于电子是费米子，在一个原子里，每个电子都拥有独特的一组量子数，两个电子各自拥有的一组量子数不能完全相同，假若它们的主量子数，角量子数，磁量子数分别相同，则自旋磁量子数必定不同，它们必定拥有相反的自旋磁量子数。换句话说，处于同一原子轨域的两个电子必定拥有相反的自旋方向。

全同粒子是不可区分的粒子，按照自旋分为费米子、玻色子两种。费米子的自旋为半整数，它的波函数对于粒子交换具有反对称性，因此它遵守泡利不相容原理，必须用费米-狄拉克统计来描述它的统计行为。费米子包括像夸克、电子、中微子等基本粒子。

玻色子的自旋为整数，它的波函数对于粒子交换具有对称性，因此它不遵守泡利不相容原理，它的统计行为只符合玻色-爱因斯坦统计。任意数量的全同玻色子都可以处于同样量子态。例如，激光产生的光子、玻色-爱因斯坦凝聚等等。

泡利不相容原理是原子物理学与分子物理学的基础理论，它促成了化学的变幻多端、奥妙无穷。2013 年，意大利的格兰沙索国家实验室团队发布实验结果，违反泡利不相容原理的概率上限被设定为 4.7×10-29。

白话版

一个原子就像一幢宿舍，每间房都有一个四位数的门牌号码。底楼只有两间房，分别是 1001 和 1002。而二楼则有 8 间房，门牌分别是 2001、2002、2101、2102、2111、2112、2121 和 2122。越是高层的楼，它的房间数量就越多，租金也越贵。脾气暴躁的管理员泡利在大门口张贴了一张布告，宣布不能有两个电子房客入住同一间房屋。于是电子们争先恐后地涌入这幢大厦，先到的两位占据了底楼那两个价廉物美的房间，后来者因为底楼已经住满，便不得不退而求其次，开始填充二楼较贵的房间。二楼住满后，又轮到三楼、四楼……一直到租金高得离谱的六楼、七楼、八楼。不幸住在高处的电子虽然入不敷出，却没有办法，因为楼下的便宜房间都住满了，没法搬进去。叫苦不迭的电子们把泡利那蛮横的规定称作“不相容原理”（The Exclusion Principle）。