مبدأ باوليمبدأ

في عام 1925، صاغ فولفغانغ باولي القاعدة التالية: لا يمكن لأكثر من إلكترون واحد أن يشغل 'العنوان' الكمومي نفسه (مجموعة الأعداد n, l, mₗ, mₛ). يشبه هذا فندقاً تختلف فيه جميع الغرف. واتضح لاحقاً أن هذا المبدأ هو نتيجة لعدم تناظر الدالة الموجية للجسيمات ذات اللف المغزلي نصف الصحيح (الفرميونات). وقد فسّر لماذا تملأ الإلكترونات المدارات طبقة تلو الأخرى، بدلاً من أن تتجمع كلها في أدنى مستوى طاقة، وهكذا أهدى إلينا التنوع الكيميائي بأكمله.

يمنع مبدأ باولي جسيمين فرميونيين متطابقين (مثل الإلكترونات) من أن يكونا في الحالة الكمومية نفسها. فلكل إلكترون في الذرة 'عنوان' فريد: طاقة، وشكل مداري، وتوجه في الفراغ، واتجاه للف المغزلي. وكما لا توجد شقتان متطابقتان في عمارة سكنية، لا يمكن لإلكترونين في الذرة أن يمتلكا أعداداً كمومية متطابقة تماماً. وهذا يضطرها إلى شغل المستويات تدريجياً، مما ينتج عنه ثراء العناصر.

مبدأ استبعاد باولي: لا يمكن لفرميونين متطابقين أن يشغلا الحالة الكمومية نفسها في آن واحد. يعبّر عن ذلك رياضياً بعدم تناظر الدالة الموجية: Ψ(…,x_i,…,x_j,…) = -Ψ(…,x_j,…,x_i,…)، حيث x ترمز إلى الإحداثيات واللف المغزلي. وبالنسبة للإلكترونات في الذرة، تتمثل النتيجة في امتلاء المدارات بالتتابع وفق قاعدة كليشكوفسكي. ويقوم المبدأ على أساس استقرار المادة وضغط التحلل في النجوم.