9814372328

625

pełnia się całkowicie w atomie helu. Następny elektron musi znajdować się w dalszej powłoce L i dlatego jest słabiej związany z atomem. Jest więc zrozumiałe, że lit z trzema elektronami łatwiej ulega jonizacji, a co za tym idzie jest bardziej aktywny chemicznie niż hel. W ten sposób kolejne wypełnianie powłok proAvadzi do zrozumienia układu periodycznego pierwiastków.

Zasada ta początkowo wydawała się być niezależna od innych praw t< ori i kwantów. Przekonano się później, że jest ona konieczna dla zbudowania konsy-stentnej kwantowej teorii elektronu, przyczyny tego leżą jednak zbyt głęboko, abyśmy je mogli prześledzić. Zasada wykluczania stosuje się również do nukleonów i w celu usytuowania wielu nukleonów w małej objętości musimy umieścić je w różnych stanach ruchu, co oznacza, że niektórym z nich trzeba nadać duże prędkości ruchu. Okazało się, że ilościowo gęstość rozkładu określonego rodzaju nukleonów, posiadających określony kierunek spinu, może co najwyżej osiągnąć liczbę czterech nukleonów w objętości równej sześcianowi długości fali de P>roglie’a najszybszego spośród nich. Mówiąc innymi słowami łącznie 16 nukleonów przypada na 1 długość fali w trzeciej potędze. Ponieważ długość fali de Broglie’a w> nosi h mv (h stała Plancka, m masa nukleonu, v prędkość), a zatem większe gęstości wj magające krótszych długości fal implikują wyższe energie kinetyczne.

Zasada wykluczania przeciwstawia się więc zapadnięciu układu nukleonów, energia kinetyczna przypadająca na jedną cząstkę rośnie jednak tylko jak kwadrat prędkości, a co za tym idzie jak gęsi ość w potędze 2 3. Z drugiej strony, dla sil czysto przyciągających energia potencjalna (ujemna) przypadająca na jedną cząstkę rośnie wraz z gęs* ością dopóty, dopóki każda cząstka nie zostanie poddana przyciąganiu pochodzącemu od wszystkich pozostałych cząstek. IV sumie więc przyciąganie przeważa.

Przyczyną tego, ż€ zwykła materia, jak np. woda, wykazuje nasycenie jest fakt, że dwie drobiny przyciągają się wzajemnie tylko na dużych odległościach, natomiast przy znacznym zbliżeniu siły pomiędzy nimi stają się odpychające tak jak gdyby drobiny były wzajemnie nieprzenikliwe. Początkowo, fizycy jądrowi byli bardzo niechętni przyjęciu istnienia podobnego krótkozasięgowego odpychania pomiędzy nukleonami, ponieważ siły przyciągające mają bardzo krótki zasięg około 2f. Przyjęcie odpychania o krótszym jeszcze zasięgu, które musiałoby być niezwykle silne ab a wywołać potrzebny efekt, wydawało się trudnym do wprowadzenia. Późniejsze dane doświadczalne dotyczące zderzeń proton-proton przy wysokich energiach, wskazały na istnienie silnego odpychania w odległości około 0,4 f, dzięki któremu nukleony w^r rzeczywistości zachowują się jak nieprzenikliwe kule o tej wartości promienia.

Inny mechanizm nasycenia znany nam jest z drobin homeopolarnych. W drobinach tych każdy atom posiada ograniczoną liczbę elektronów walencyjnych i może oddziaływać tylko z ograniczoną liczbą partnerów. Heisenberg założył podobny mechanizm dla sił jądrowych. Doprowadziło go to do idei sV wymiennych, w wyniku których w każdym spotkaniu neutronu z protonem obie te cząstki zamieniają wzajemnie swoje położenia. Cząstki nie mogą w łatwy