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034.泡利不相容原理!

重生物理大时代 短尾大猞猁 4065 2021-11-30 11:17

  事情还要从10分钟前说起。

  诺奖五人组的讨论愈发激烈,卢格安听了一会后,便开始神游天外了。

  虽然看着物理学前辈一点一点探求真相的过程很有趣,但是那种自己知道却不能说的感觉,实在是太糟糕了。

  卢格安一阵游弋,看看场中吵得不可开交,面红耳赤的五人组;又撇了眼看热闹不嫌事大的泡利;最终将视线移到夏洛特身上。

  “如果你觉得无聊,可以出去逛逛。”

  夏洛特摇摇头,饶有兴致地看着这吵闹的场面:“虽然听不太懂,但感觉还挺有意思的。”

  “不只是你,其实我也听不太懂。”

  卢格安深有同感地点点头。

  这几位大佬的母语都不是英语,口音极重不说,有的时候还词不达意。

  也亏这帮人能交流下来。

  可能这就是物理人的默契吧……

  “或许我以后应该去办一个英语学习班。”卢格安一脸认真地调侃道:“肯定能挣大钱。”

  夏洛特一阵忍俊不禁,捂嘴忍笑道:“我可以应聘老师。”

  “我可付不起你的工资。”

  “就当是为了你们物理学未来的发展?”

  “物理学不值得我每个月花费20马克。”

  “给你打工每个月就给20马克?”

  “这不是重点……”

  卢格安和夏洛特调笑着 ,就在这时,他却感觉周围的气氛有点不对,空气寂静了下来。

  卢格安一转头,就迎来了6道神色各异的视线。

  泡利一个劲给他使眼色;爱因斯坦的视线多为调笑;玻尔则多为疑惑;角落里的普朗克教授始终保持沉默。

  而索墨菲尔德教授的脸色直接沉了下来,对卢格安这种溜号行为非常不满。

  索墨菲尔德沉着声音,语气不善,用德语问道:“海因里希,你在干什么?”

  卢格安尴尬地摸摸鼻子,讪笑道:“我在和夏洛特讨论原子谱线分裂时的反常塞曼效应。”

  “哦?所以说你们讨论出了什么?”

  爱因斯坦毫不客气地拆台,笑着眯起眼睛,准备看卢格安的热闹。

  卢格安横了一眼爱因斯坦,又看了看索墨菲尔德教授阴沉的表情,已经将不满写在了脸上。

  见状,卢格安心里叹了口气。

  大意了……

  因为自己孟浪的行为,索墨菲尔德教授是真的生气了,如果不拿出点东西来,恐怕今天的事情会很难收场。

  卢格安沉吟片刻,仔细斟酌着接下来要说出的话。

  在众人各异的视线中,卢格安沉默许久,最终深吸了一口气。

  “大家都知道,反常塞曼效应的实验中,处于弱外磁场的碱金属理应出现三道光谱,但实际却出现了两条。

  玻尔先生给出的解释是,因为原子核的有限角动量,才会出现双重线结构。”

  卢格安操着一口流利的英语,不紧不慢地阐述着,让所有人都能听懂。

  正准备看热闹的爱因斯坦,看着滔滔不绝的卢格安,眼神中流露出一抹诧异。

  这小子,还真能说出点东西来?

  事实上,刚才他们五人组所讨论的东西,总结起来就是卢格安这几句话。

  这证明了卢格安刚才确实没有溜号,而是认认真真地听了,至少听了一部分……

  但是,这还不够。

  索墨菲尔德的脸色依旧阴沉。

  卢格安早料到如此,语不惊人不罢休地继续说道:“但我感觉玻尔先生的理论是错误的。”

  “嗯?”玻尔皱起眉头,并没有因为卢格安的反驳而动怒,而是诚心诚意地问道:“请问哪里有问题?”

  索墨菲尔德也显然没想到卢格安一开口就是经典下克上。

  虽然脸色依旧阴沉,但这次却不是生气,而是担忧。

  毕竟卢格安是他的得意弟子,要是在这里得罪了玻尔,以后在学术界恐怕会有很多麻烦。

  “海因里希,说说看你的想法。”

  爱因斯坦抽了一口烟斗,露出一个饶有兴致的笑容,他想看看这个年轻人究竟有什么奇思妙想。

  卢格安清了清嗓子,开口解释道:“我认为碱金属的双重线结构是因为电子所拥有的一种量子特性,是一种无法用经典力学理论描述的“双值性”。”

  卢格安话音一落,房间里突然陷入诡异的寂静。

  诺奖五人组对视一眼,均看出了对方眼中的莫名其妙。

  就这???

  随便弄出一个猜想,就说这是你的新理论?你当自己在写科幻小说?

  最终,索墨菲尔德咳嗽一声,心平气和地对卢格安说道:“解释一下,海因里希。”

  “我建议设置新的双值量子数,只能从两个数值之中选一个为量子数的数值。”

  “所以这组数字有什么意义吗?”寡言的普朗克开口问道。

  “这就是电子的自旋。”

  卢格安回答的毫不犹豫,极为自信,仿佛从一开始就已经勘破真相。

  电子的自旋?

  听到这个关键词,在场的五位诺奖大佬齐齐陷入沉思。

  隐隐的,一点灵感出现在他们心中,仿佛是一把通往真相的钥匙。

  卢格安悠然坐下,给大佬们留下点时间思考。

  这五位教科书上的物理学大佬没有一个是蠢货,往往就是一点灵感,他们就可以自己推理下去,顺藤摸瓜找到真相。

  一旁的泡利坐过来,皱着眉头,疑惑地问道:“海因里希,你讲的是什么意思?”

  现在的泡利还是一个研二的学生,知识结构还不够完整,知识层面也不够丰富,所以听不懂卢格安的提示也正常。

  对此,卢格安耐心地给他解释。

  “我们可以假设,将电子层分成几个电子亚层,按照角量子数,每个电子亚层最多可容纳2个电子,这点你明白吧?”

  泡利点点头。

  虽然已经超出研究生的学术范围,但这毕竟是泡利,一个注定站在物理学顶端的天才。

  “那我们继续,为什么会出现这种现象?为什么在闭合壳层里,每个电子亚层都拥有2个电子?”

  此时的卢格安俨然化身成一名物理老师,循循善诱地问道。

  泡利低头思忖半晌,最终沮丧地摇摇头。

  “因为每一个电子都只能占据一个量子态;电子的角量子数与自秉角量子数共同贡献成总角量子数;电子的磁量子数与自秉磁量子数共同贡献成总磁量子数。”

  卢格安语速不快,有条不紊地讲述着。

  泡利的表情也由疑惑变成恍然,但紧接着却又再次皱起眉头。

  “可是如果按照你这个理论,双重值无法用已知的三个量子数描述。”

  “一针见血,很敏锐地洞察力,泡利!”

  卢格安对泡利竖起一个大拇指,表示对他的赞赏,紧接着说道:“对此,我认为需要引入第四个量子数。

  也就是说原子中电子的状态应该由主量子数n、角量子数l、磁量子数m以及自旋量子数ms四个量子数来描述……”

  话刚说到这,一直沉默的玻尔突然长叹了口气,接上卢格安说了一半的话头。

  “不能有两个或两个以上的电子具有完全相同的四个量子数,或者说在轨道量子数m,l,n确定的一个原子轨道上最多可容纳两个电子。”

  卢格安诧异地看了眼突然插话的玻尔,接着点点头。

  “是的,而且这两个电子的自旋方向必须相反。我把这种原子现象,称为不相容原理。”

  没错,卢格安刚才所阐述的,就是后世大名鼎鼎的泡利不相容原理。

  这个本应在1925年由泡利提出的理论,被卢格安提前6年诞生出来。

  当然,泡利不相容原理的具体推导,是一项极为严谨,极为复杂的过程,远远不是一言两语能够说清楚的。

  但是不相容原理的基本思路及精髓已经被卢格安说了出来,接下来只要动笔验证一下就能证实。

  当然,在场的众人都是物理学天才,即使还没有动笔验证,心里也隐隐感觉到:卢格安说的是正确的!

  这就是顶尖学者的物理直感。

  众人沉默了许久,在心中不断寻找着卢格安言语中的逻辑漏洞。

  但是很遗憾,无论在哪个角度,不相容理论都是完美的。

  这也是当然。

  在前世,泡利在提出不相容原理提出,经过了将近百年的验证,已经被列为不容置疑的经典。

  最终,在众人一番长考后,普朗克面瘫似的脸,罕见地露出一个笑容。

  “不相容原理吗?天才般的想法。”

  “后生可畏啊……”冯·劳厄长叹一口气,仿佛一瞬间苍老了许多,转头对索墨菲尔德苦笑一下:“教授,你是从哪里找到的这个怪物?”

  “看来我是时候想想退休之后该干嘛了。”爱因斯坦哈哈一笑,带头为卢格安鼓起掌来。

  一是为一项伟大理论的诞生而庆祝,也是为了一个即将在物理学领域崭露头角的新星而高兴。

  在众人的赞扬和掌声中,索墨菲尔德也露出一个微笑,对卢格安点点头。

  “做得不错,海因里希。”

  “不,教授,我只是站在了巨人的肩膀上。”卢格安微微欠身,自谦道。

  当然,他这里指的巨人,是指包括在玻尔,海森堡,泡利,德布罗意,薛定谔等“未来的巨人”。

  卢格安身后,夏洛特坐在沙发上,具有荣焉一般地挺起胸,仿佛一个替丈夫骄傲的妻子一般。

  眼神迷离的少女看着处于掌声与赞扬中心的卢格安,眼神闪出一抹别样的光芒!

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