泡利不相容（熵增是最绝望的定律）

我们举个例子，看看玻尔是什么意思。例如，惰性气体如氦、氖、氩、氪、氙和氡的原子序数分别为2、10、18、36、54和86。它们之所以是惰性气体，具有相似的化学性质，是因为最外层的电子数形成了一个封闭的壳层，使原子不愿失去，也

比如氦的电子构型是2，氖是2，8，氩是2，8，8，氪是2，8，18，8，氙是2，8，18，18，8。除了氦，它们最外层的电子都是8，不愿意失去或获得电子。

而惰性气体前面的元素列表正好缺了一个电子，最外层可以形成封闭的壳层。它们是氢和卤族元素:氟、氯、溴、碘和砹，原子序数分别为1、9、17、35、53和87。可以看出，惰性气体正好少了一个电子，所以他们渴望得到一个。

与卤族元素相反，碱金属是锂、钠、钾、铷、铯和钫。它们的原子序数分别是3、11、19、37、55和87。如果你把它们的电子排列一下，你会发现这些元素最外层只有一个电子，所以它们想失去这个电子。

比如碱金属钠，它要失去最外层的电子，非常活泼，遇水就能爆炸。卤素元素氯很渴望得到一个电子，它也很活泼，一战时毒死了几十万人。

两者结合，或者说结合，生出来的儿子肯定更牛，但是却变成了氯化钠。化学性质非常稳定。这就是化学的魔力。二王炸了，一只小绵羊诞生了。

玻尔成功解释了元素的化学性质，随后化学成为一门独立的、逻辑自洽的学科，化学家摆脱了炼金术士的帽子。

在演讲的最后，玻尔邀请泡利到他的研究所，并担任了他一年的助手。泡利欣然同意，1922年秋，泡利去了哥本哈根。

到达基波哈根后，玻尔要求泡利尝试研究反常塞曼效应。在弱磁场下，氢光谱的单谱线会分裂成两条或三条，这就是塞曼效应。索末菲引入磁量子数来解决这个问题。人们很快发现，在强磁场下，氢光谱不会分裂成四或五。这就是反常的塞曼效应。

这个问题困扰泡利很久了。在哥本哈根的一年里，泡利大部分时间都在思考这个问题，这让他整天郁郁寡欢。直到1923年9月离开哥本哈根，回到汉堡大学，他仍然没有搞清楚是怎么回事。

1924年，泡利总是有所突破。他觉得为了解决反常的塞曼效应，他必须解释为什么在玻尔的原子模型中，第一层可以容纳2个电子，第二层可以容纳8个电子，第三层可以容纳18个电子，以此类推。为什么不是所有的电子都被挤压到最低能量状态？

只有解决了为什么电子会这样排列，我们才能解释电子在磁场中发生了什么。1924年，泡利发现了一个关键线索。

这条线索是剑桥研究生斯托纳10月份在《自然科学》杂志上发表的一篇论文《原子能级的电子分布》。

斯托纳认为，现在的原子有三个量子数。根据这三个量子数，我们可以知道一个电子层存在多少个可能的电子轨道，或者可能的能级。

比如当n等于1时，L只能取0，ml只能取0，那么第一个原子在电子层只有一个能态，即(1，0，0)。当n等于2时，L可以取0和1，ml可以取-1，0和1。

那么在电子的第二层，存在的能态是(2，0，0)(2，1，-1)(2，1，0)，(2，1，1)。同样的三楼和四楼也可以这样布置。

斯托纳发现，根据玻尔的说法，每个壳层的电子数是能态的两倍。你看，第一层只有一个能态，但是可以装两个电子，第二层有四个能态，但是可以装八个电子。

也就是说，当电子数是能态数的两倍时，电子的壳层是满的，或者说是封闭的。满足这个数学关系，2n。n是主量子数，每个壳层可以容纳多少电子，可以通过这个简单的公式计算出来。

泡利对此提出了两次质疑。为什么是能量状态数的两倍？他敏锐的物理直觉让泡利觉得应该有一个“二进制”的量子数没有被发现。

这个量子数应该作用于电子本身。只有这样，两个电子才能在同一轨道上。一个原子中的电子数可以增加一倍。

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