泡利不相容原理的本质
胡 良
深圳宏源清有限公司
深圳市罗湖区金田工业区D栋,518004
摘要: 泡利不相容原理体现了微观粒子运动的基本规律，表达了在费米子组成的系统中，不能有两个（或两个以上）的粒子处于完全相同的状态。在原子中确定一个电子的状态需要四个量子数；所以泡利不相容原理在原子中又可表达为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；这是电子在核外排布形成周期性的准则。
关键词：泡利不相容原理，对称性破缺，光子，能量，普朗克常数
分类号：O412,O413
A new physical constant
Hu Liang
Abstract：Energy characteristics constant (with Hu expressed)，Dimension
is L ^ (3) [L ^ (3) T ^ (- 3)], is a physical constant, equivalent to the size of Vp *C ^ (3). Energy characteristics constant (Hu) is the smallest unit of energy, which is equivalent to the energy of elementary particles.
Keywords:Energy, Planck space, velocity of light, Planck constant
1引言
泡利不相容原理体现了微观粒子运动的基本规律，表达了在费米子组成的系统中，不能有两个（或两个以上）的粒子处于完全相同的状态。在原子中确定一个电子的状态需要四个量子数；所以泡利不相容原理在原子中又可表达为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；这是电子在核外排布形成周期性的准则。
原子中的电子状态由主量子数（n）、角量子数（l）、磁量子数磁（ml）以及自旋磁量子数（ms）所描述；因此，泡利原理又可表达为原子内不可能有两个（或两个以上）的电子具有完全相同的四个量子数n、l、ml、ms。泡利原理也适用于质子、中子等费米子。
根据自旋倍数的不同，基本粒子可分为玻色子和费米子两大类。费米子就是像电子一样的粒子，有半整数自旋(如1/2，3/2，5/2等)；而玻色子是就像光子一样的粒子，有整数自旋(如0，1，2等)。
而这种自旋差异，使费米子和玻色子具有完全不同的特性。任何两个费米子都不具有相同的量子态，不具有相同的特性；而玻色子却能具有相同的特性。
费米子是依随费米-狄拉克统计、角动量的自旋量子数为半奇数整数倍的粒子。费米子遵从泡利不相容原理。基本粒子中所有的物质粒子都是费米子。玻色子是依随玻色-爱因斯坦统计，自旋为整数的粒子。玻色子不遵守泡利不相容原理，在低温时可以发生玻色-爱因斯坦凝聚。
粒子具有对称性，有一种粒子，则必然对应存在一种反粒子。一对正、反粒子相碰，可以湮灭而变成光子；反之，两个光子碰撞时，则有可能产生一对新的正、反粒子。
粒子具有自旋属性。自旋为半整数的粒子称为费米子，自旋为为整数的粒子称为玻色子。
基本粒子可视为是不可分割的点粒子，是故物体自转无法直接套用到自旋角动量上来，自旋是一种内在性质，是粒子具有的一种角动量，并且量子化的。
粒子具有守恒属性，粒子的产生和衰变过程就要遵循能量宇恒定理。
粒子具有波粒二象性，量子场论描述粒子的粒子性及波动性的双重属性，以及粒子的产生和消灭过程。
此外，所有的基本粒子都是共振态，共振态分二类，一类是不稳定的，如强子类；另一类是稳定的，如电子．中子等．产生基本粒子的外因是物质波的交汇，交汇处形成波包．内因是交汇处发生了共振（基本粒子的产生）．
基本粒子理论研究基本粒子的结构、相互作用和运动转化规律的理论，每一类型的粒子都由相应的量子场描述，粒子之间的相互作用就是这些量子场之间的耦合，而这种相互作用是由规范场量子传递的。夸克模型，认为介子是由夸克和反夸克所组成，重子是由三个夸克组成。弦论的观点是，自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的粒子。这些看起来像粒子的东西实际上都是很小很小的弦的闭合圈（称为闭合弦或闭弦），闭弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子。
2能量的内能属性
物体的内能包括其中微观粒子的动能、势能、化学能、电离能及原子核内部核能等所有
能量的总和；但物体的内能不包括这个物体整休运动时的动能及在重力场中的势能。
动能（Ek）的量纲是[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(0)T^(-1)]或[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(0)T^(0)].
势能（Ep）的量纲是[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]*[L^(1)T^(0)].可见动能与势能的量纲相同。
物体整体运动时的动能及在重力场中的势能之和,用Eg表达。
这样：Eg=Ek+Ep，这意味Eg表达物体整休运动时的动能及在重力场中的势能之和.体现了惯性体系（能量）的外在属性。
惯性体系（能量）的内在属性，用内能（Eu）表达。
内能（Eu）的量纲是[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(0)]或[L^(3)T^(-1)]*[L^(3)T^(-1)]*[L^(0)T^(0)]
而能量（E）的量纲是[L^(3)T^(0)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]或
[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(0)]
可见: [E^(2)]/C=Eg*Eu. 或 E^(2）=Eg*Eu*C
或 Eg=[Eu*C]/[E^(2）] 或Eu =[Eg*C]/[E^(2）]。
因为，惯性体系的能量（E）守恒，当惯性体系的内能（Eu）不变时，惯性体系的外在能量（Eg）也不变。
可见：对于遥远星系，从遥远星系发出的电磁波（光子），远离该遥远星系，飞向地球。此时，由于宇宙中物质的引力存在，光子的势能变大，从而该光子的动能变小，波长变长，体现出红移现象（从这些天体发出的电磁波波长会变长）。
更加遥远星系离地球更加远，从更加遥远星系发出的电磁波（光子）的势能变得更加大，从而该光子的动能变得 更加小，波长变得更加长，体现出红移现象（从这些天体发出的电磁波波长会更加变长）更加明显；而宇宙的能量平均密度是一常数，这是微波背景产生的原因。
现实中，对遥远星系（包括类星体）的观测表明这些天体存在红移（即从这些天体发射出的电磁波长会变长）。而这种红移，产生的原因是引力红移，而不是多普勒频移。
3能量的对称性破缺
从能量的对称性破缺来看，分为四大类：
第一类：对称性没有破缺
光子的对称性没有破缺。光子的量纲表达式
为：[L^(m1)T^(-n1)]* [L^(m2)T^(-n2)]*[L^(m3)T^(-n3)],其中m1+m2+m3=6，n1+n2+n3=3。其大小是Hu=Vp*C^(3)，属于波色子。
反光子的量纲表达式
为：[L^(m1)T^(-n1)]* [L^(m2)T^(-n2)]*{-[L^(m3)T^(-n3)]},其中m1+m2+m3=6，n1+n2+n3=3。
其大小是Hu=Vp*C^(3)，属于波色子。
第二类：一对光子破缺成为一对正负电子；反之，一对正负电子恢复对称性也可成为一对光子；光子（正光子）的量纲是[L^(3)T^(-1)]*{[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(0)]}及光子（反光子）的量纲是[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(0)]}。大小是Hu=Vp*C^(3)。
正电子的量纲是[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]*Lp及负电子的量纲是[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(2)T^(-2)]*Lp。大小是：Hu/Lp.
换个角度来说，电子的量纲表达式
为：[L^(m1)T^(-n1)]* [L^(m2)T^(-n2)]*[-Lp],其中m1+m2=5，n1+n2=3。
其大小是Hu/Lp，属于费米子。
正电子的量纲表达式
为：[L^(m1)T^(-n1)]* [L^(m2)T^(-n2)]*Lp,其中m1+m2=5，n1+n2=3。
其大小是Hu/Lp，属于费米子。
第三类：一对电子破缺成为一对正负质子；反之，一对正负质子恢复对称性也可成为一对电子。负电子的量纲是[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(2)T^(-2)]}*Lp.其大小是Hu/Lp。
质子的量纲是[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]*Sp及负质子的量纲是[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(1)T^(-2)]*Sp。大小是：Hu/Sp.
此外，一对正电子破缺成为一对正负质子；反之，一对正负质子恢复对称性也可成为一对正电子。正电子的量纲是[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]*Lp.其大小是Hu/Lp。
质子的量纲是[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]*Sp及负质子的量纲是[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(1)T^(-2)]*Sp。大小是：Hu/Sp.
换个角度来说，负质子的量纲表达式
为：[L^(m1)T^(-n1)]* [L^(m2)T^(-n2)]*[-Sp],其中m1+m2=4，n1+n2=3。
其大小是Hu/Sp，属于费米子。
正质子的量纲表达式
为：[L^(m1)T^(-n1)]* [L^(m2)T^(-n2)]*Sp,其中m1+m2=4，n1+n2=3。
其大小是Hu/Sp，属于费米子。
第四类：一对质子破缺可成为中子及反中子（或中微子及反中微子）；反之，中子及反中子（或中微子及反中微子）恢复对称性也可成为一对质子。
质子的量纲是[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]*Sp.其大小是Hu/Sp。
中子的量纲是[L^(2)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]*Vp及中微子的量纲是[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]*Vp。大小是：Hu/Vp.
此外，一对负质子也可破缺成中子及反中子（或中微子及反中微子）；反之，中子及反中子（或中微子及反中微子）恢复对称性也可成为一对负质子。
负质子的量纲是[L^(3)T^(-1)]*{-[L^(1)T^(-2)]}*Sp.其大小是Hu/Sp。
中子的量纲是[L^(2)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]*Vp及中微子子的量纲是[L^(2)T^(-2)]*[L^(1)T^(-1)]*Vp。大小是：Hu/Vp.中微子的较易辐射。
换个角度来说，反中子的量纲表达式
为：[L^(m1)T^(-n1)]* [L^(m2)T^(-n2)]*[-Vp],其中m1+m2=3，n1+n2=3。
其大小是Hu/Vp，属于费米子。
中子的量纲表达式
为：[L^(m1)T^(-n1)]* [L^(m2)T^(-n2)]*Vp,其中m1+m2=3，n1+n2=3。
其大小是Hu/Vp，属于费米子。
原子的结构是：光子围绕电子运动；电子围绕原子核运动。而原子核中，质子被中子约束。
氢原子例外（原子核中不含中子）。
例一：原子中的电子状态由主量子数（n）、角量子数（l）、磁量子数磁（ml）以及自旋磁量子数（ms）所描述；因此，泡利不相容原理又可表达为原子内不可能有两个（或两个以上）的电子具有完全相同的四个量子数n、l、ml、ms。这意味着，当电子状态完全相同时，电子会进一步破缺成质子及反质子；这就是泡利不相容原理的本质。
例二：夸克模型，认为介子是由夸克和反夸克所组成，重子是由三个夸克组成。其实，夸克的本质只是基本粒子的属性。从质子的量纲表达式：[L^(m1)T^(-n1)]* [L^(m2)T^(-n2)]*Sp,其中m1+m2=4，n1+n2=3；其大小是Hu/Sp，属于费米子。可知，夸克的量纲是[L^(m1)T^(-n1)]* [L^(m2)T^(-n2)]，其中m1+m2=4，n1+n2=3，只是基本粒子的属性。
宇宙是相互联系的，相互纠缠的。为了便于表达，可分为四部分。第一部分，被观测惯性体系之一（用A表达）；第二部分，被观测惯性体系之二（用B表达）；第三部分，观测者惯性体系（用C表达）；第四部分，背景惯性体系（用D表达）。宇宙由这四部分组成，宇宙的四部分构成宇宙整体。
例如：A光子与B光子处于纠缠态；如果D保持不变，观测者（C）观测A光子，就能了解B光子。
4能量特征常数表达式之二
能量特征常数具有另一种表达式。
从一维空间的角度来看:
一维空间运动的量纲是：L^(1)*[L^(1)T^(-1)]，
数学表达式：R^(2)=X^(2)+[i*(Vx*t)^(2)];其中, Vx＜C,X＞Lp,t＞tp.
从二维空间的角度来看:
二维空间运动的量纲是：L^(2)*[L^(2)T^(-2)]，
数学表达式：R^(2)=X^(2)+Y^(2) +[i*(Vx*t)^(2)]+[i*(Vy*t)^(2)].
其中, Vx＜C, Vy＜C;X＞Lp,Y＞Lp;t＞tp.
从三维空间的角度来看:
三维空间运动的量纲是：L^(3)*[L^(3)T^(-3)]，
R^(2)=X^(2)+Y^(2)+Z^(2) +[i*(Vx*t)^(2)]+[i*(Vy*t)^(2)]+[i*(Vz*t)^(2)].
其中, Vx＜C, Vy＜C, Vz＜C;X＞Lp,Y＞Lp, Z＞Lp;t＞tp.
上式:C表达真空中的光速;Lp表达普朗克长度(宇宙中最小的长度).tp表达普朗克时间(宇宙中最小时间.
对于三维空间运动来说:
当一维空间破缺时:
R^(2)=X^(2)+Y^(2)+Z^(2) +[i*(Vx*t)^(2)]+[i*(Vy*t)^(2)].
当二维空间破缺时:
R^(2)=X^(2)+ Y^(2)+Z^(2) +[i*(Vx*t)^(2)].
当三维空间破缺时:
R^(2)=X^(2)+ Y^(2)+Z^(2) .
当三维空间没有破缺时:
R^(2)=X^(2)+Y^(2)+Z^(2) +[i*(Vx*t)^(2)]+[i*(Vy*t)^(2)]+[i*(Vz*t)^(2)].
从宏观的角度来看，对于任一个惯性体系（N个基本粒子组成）来说，都存在对称性在一维破缺，二维破缺，三维破缺及没有破缺等四种情况。
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