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【听力文摘】我们为何不能穿墙?

2014-04-03    来源:普特英语听力    【      美国外教 在线口语培训
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Why We Can’t Walk Through Walls

Shadowcat! She’s one of the X-Men, and she can walk through walls!

Unfortunately, however, Shadowcat can’t be real. This is because she violates a basic law of physics that says two things can’t share the same space.

But aren’t atoms mostly empty space? Couldn’t she just slip into that space? Unfortunately, no.

It’s true that atoms are mostly empty space. (If a helium atom were the size of the earth, the electrons would be out in earth’s atmosphere, and the protons and neutrons would be the size of a basketball at the core.) But atoms can’t overlap because only a limited amount of electrons can be in the same orbit.


The reason for this is what’s called the Pauli Exclusion Principle. Electrons have ‘spin’. Picture a screw. Its threads go in one direction, right? So imagine the screw turning in the direction of its threads, like how it screws into a board. Now picture placing two screws side by side, but pointing in opposite directions. Their spins are the reverse of the other, and you can get them close together.

But the Pauli Exclusion Principle only applies to particles like the ones in atoms. There are other types of particles, such as the ones that make up light, which can be in the same place at the same time.

我们为何不能穿墙?

幻影猫! 作为X-战警中的一员,她可是拥有穿墙的本领呢!

然而,不幸的是,幻影猫无法出现在现实生活中。因为她违背了物理学的一条基本定律,那就是两个物体不能同时存在相同的空间里。

但是大多数原子内部不是空的吗?难道她不能闯进那个空间里吗?可惜事实并非如此。

的确大多数原子内部是空的。(如果氦原子有地球那么大的话,那么电子就会位于地球大气层当中,核心处的质子和中子也只是一个篮球的大小)。但是原子之间无法重叠,因为只有有限数量的电子才可以处于相同的轨道上

产生这种现象的原因就在于泡利不相容原理。电子是旋转的。想象一颗螺丝钉。螺纹的走势是冲着一个方向,对吧?那你就想象一下螺丝钉是怎么旋转着拧进一个木板的。现在想象并排摆放两个螺丝钉,把螺纹的指向摆成相反的,这样它们旋转起来就会越转越近。

但是泡利不相容原理只适用于原子这样的粒子,还有其他类型的粒子,比如光粒子,它们是可以同时存在于相同空间的。

【本译文由普特网友 kevinde提供】

PS:Pauli Exclusion Principle (泡利不相容原理)
在量子力学里,泡利不相容原理表明,任意两个全同费米子不能占有相同的量子态。这原理是由沃尔夫冈·泡利于1925年通过实验观察得到的结论,也称泡利原理或不相容原理。

例如,在一个原子里,每个电子都拥有唯一的一组量子数  ,两个电子各自拥有的一组量子数不能完全相同,假若它们的主量子数,角量子数,磁量子数分别相同,则自旋磁量子数必定不同,它们必定拥有相反的自旋磁量子数。换句话说,处于同一原子轨道的两个电子必定拥有相反的自旋磁量子数。全同粒子是不可区分的粒子,按照自旋分为费米子、玻色子两种。费米子的自旋为半整数,总波函数对于粒子交换具有反对称性,遵守泡利不相容原理,必须用费米–狄拉克统计来描述它的统计行为。费米子包括像夸克、电子、中微子等等基础粒子。玻色子的自旋为整数,总波函数对于粒子交换具有对称性,不遵守泡利不相容原理,必须用玻色-爱因斯坦统计来描述它的统计行为。任意数量的全同玻色子可以处于同样量子态。例如,激光产生的光子、玻色-爱因斯坦凝聚等等。

泡利不相容原理是原子物理学与分子物理学的基础理论,它促成了化学的变幻多端、奥妙无穷。
 



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