2.7　1925，泡利提出了不相容原理

根据玻尔的原子模型，人们提出这样一个问题：如果原子中电子的能量是量子化的，为什么这些电子不会都处在能量最低的轨道呢？因为根据能量最低原理，自然界的普遍规律是一个体系的能量越低越稳定，为什么有些电子要往高能级排布呢？

比如Li原子有三个电子，两个处在能量最低的1S轨道，而另一个则处在能量更高的2S轨道（见图2.12）。为什么不能三个电子都处在1S轨道呢？这个疑问由年轻的奥地利物理学家泡利在1925年做出解答：他发现没有两个电子能够享有同样的状态，而一层轨道所能够包容的不同状态，其数目是有限的，也就是说，一个轨道有着一定的容量。当电子填满了一个轨道后，其他电子便无法再加入到这个轨道中来。“原子社会”的这个基本行为准则被称为“不相容原理。”

图2.12　Li原子的电子排布

图2.13　泡利

不相容原理是一个非常重要的理论，正因如此，电子才会乖乖地从低能级到高能级一个个往上排列。也正因如此，才会构成一个一个不同的原子，从而出现我们看到的世界。

有人会问，为什么Li原子的1S轨道上有两个电子呢？它们不是完全相同的吗？实际上，这两个电子的运动状态并不相同，它们一个自旋向上，另一个自旋向下。也正因为电子只有两种自旋状态，所以一个轨道上最多只能容纳两个电子。

泡利不相容原理使人们从本质上认识了元素周期表的排列方式，对化学这门科学发展具有重大意义。