4/25–完善原子模型的人

 

刊登日期:2023/4/5
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張瑞棋
 
包立(Wolfgang Pauli)於1900年4月25日出生於奧地利,而普朗克就在這一年首創量子說,等於恰逢量子物理誕生之年。包立自小就展露過人的天賦,18歲高中畢業那年便寫出一篇關於廣義相對論的論文;更難能可貴的是,此時距離愛因斯坦發表論文不到三年,有些學者都還不見得瞭解廣義相對論。
 
1922年,包立到波耳前一年在哥本哈根大學成立的理論物理研究所訪問,在波耳的建議下,開始研究異常季曼效應。第二年包立到漢堡大學任教後,繼續苦思但仍不得其解,直到1924年底讀到英國物理學家斯通納(Edmund Stoner)的論文,指出每個能階所能容納的電子數目和角量子數有關後,讓包立終於領悟出應該還有第四種量子數,而且只允許有兩種數值;這個全新的量子數隔年被三位物理學家確認就是現今所稱的「自旋」。包立指出每個由四個量子數所標定的量子態都只被一個電子所占,也就是現在所稱的「包立不相容原理」。
 
包立不相容原理不僅解答了困擾已久的異常季曼效應,也自然推導出電子如何分布在不同軌域,進而讓週期表上化學性質的規律性得到完美的解釋。自旋這個量子數後來更成為粒子物理標準模型中將所有粒子區分為兩類的依據─整數自旋的是波色子,其他則是費米子;而所有費米子都遵守包立不相容原理,波色子則否。包立也因此於1945年獲頒諾貝爾物理獎。

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