2.7　1925，泡利提出了不相容原理

根據玻爾的原子模型，人們提出這樣一個問題：如果原子中電子的能量是量子化的，為什么這些電子不會都處在能量最低的軌道呢？因為根據能量最低原理，自然界的普遍規律是一個體系的能量越低越穩定，為什么有些電子要往高能級排布呢？

比如Li原子有三個電子，兩個處在能量最低的1S軌道，而另一個則處在能量更高的2S軌道（見圖2.12）。為什么不能三個電子都處在1S軌道呢？這個疑問由年輕的奧地利物理學家泡利在1925年做出解答：他發現沒有兩個電子能夠享有同樣的狀態，而一層軌道所能夠包容的不同狀態，其數目是有限的，也就是說，一個軌道有著一定的容量。當電子填滿了一個軌道后，其他電子便無法再加入到這個軌道中來。“原子社會”的這個基本行為準則被稱為“不相容原理。”

圖2.12　Li原子的電子排布

圖2.13　泡利

不相容原理是一個非常重要的理論，正因如此，電子才會乖乖地從低能級到高能級一個個往上排列。也正因如此，才會構成一個一個不同的原子，從而出現我們看到的世界。

有人會問，為什么Li原子的1S軌道上有兩個電子呢？它們不是完全相同的嗎？實際上，這兩個電子的運動狀態并不相同，它們一個自旋向上，另一個自旋向下。也正因為電子只有兩種自旋狀態，所以一個軌道上最多只能容納兩個電子。

泡利不相容原理使人們從本質上認識了元素周期表的排列方式，對化學這門科學發展具有重大意義。