Si el Principio de Exclusión de Pauli no es una fuerza, ¿cómo es resultado de la presión, o cambiar el impulso de las partículas?

Question

Esta pregunta, y otros similares, parecen desafiar la explicación satisfactoria para los no-físicos. PEP se conoce como Pauli "repulsión", o Pauli "presión", mientras que simultáneamente es negado a ser una fuerza, o como resultado de una fuerza. Las comparaciones son hechas para gases ideales. Las disculpas se han ofrecido por la jerga técnica se confunde con el del laico noción de "fuerza". Abundante de matemáticas Se hace para describir aceptables y prohibidas comportamiento de las partículas. Sin embargo, ninguna de las cuatro interacciones fundamentales, ni, de hecho, una quinta fuerza, se dice que para ser responsable de mantener nubes de electrones a partir de la superposición demasiado (solidez de la materia de las preguntas), o de neutrones en el colapso de una estrella de neutrones.

Gas Ideal de comportamiento es sencillo e intuitivo suficiente. Es fácil ver que muchos de los pequeños rápido movimiento de las partículas ejercen una fuerza promedio en su contenedor, y viceversa. Pero en el nivel de las partículas (podemos asumir que el gas de hidrógeno en un globo?), surge la misma pregunta: ¿qué fuerza, durante el tiempo de impulso de un átomo de H de colisión con la pared del recipiente, los cambios de la partícula del impulso? De nuevo, PEP parece ser la causa, porque esto realmente no es muy diferente que el objeto sólido pregunta. Pero, PEP no es una fuerza, entonces, ¿cómo una partícula se someten a un cambio en el momento sin una fuerza?

Answer 1

He aquí un enfoque ligeramente diferente que podría ser de ayuda.

Considere dos partículas aisladas que interactúan por un arbitrario de la fuerza, con ímpetu angular $L \neq 0$ con respecto a cada uno de los otros. Mientras la fuerza sigue siendo finito, es imposible para que las partículas se haya golpeado a cada uno de los otros: cada vez que se acercan, que necesariamente va a acelerar por la conservación del momento angular, la creación de un 'centrífuga de la barrera de potencial' $$V(r) = \frac{L^2}{2mr^2}.$$ En un marco de referencia que gira con las partículas, se ve como una fuerza nueva ha aparecido, que se hace más fuerte cuanto más cerca de la de las partículas, lo que les impide ocupar la misma posición.

Esta aparente de la fuerza no tiene nada que ver con ninguna de las cuatro fuerzas fundamentales y no depende en absoluto de lo que la fuerza entre las partículas es, puede ser fuerte, electromagnética, gravitacional, o algo completamente distinto. Pero la fuerza centrífuga no es una fuerza nueva; lo que sigue a partir de la cinemática de la situación y de las leyes de conservación.

De manera abstracta, se puede pensar en el posible espacio de configuración de las partículas está limitado a los estados con momento angular $L$, y el espacio limitado no contiene los estados con las partículas en la parte superior de uno al otro. Del mismo modo, en el principio de exclusión de Pauli el espacio de estado se limita a antisimétrica wavefunctions, que no contienen las configuraciones con las partículas en el mismo estado.

Answer 2

Todo el principio de exclusión de Pauli hace es asegurarse de que dos fermiones no pueden ocupar el mismo estado cuántico. Esto significa que el ideal de fermiones en alta densidad, tienen grandes ímpetus, en promedio, cualquiera que sea su temperatura.

El implícita de presión se calcula exactamente de la misma manera, usando exactamente la misma teoría cinética, ya que para un gas ideal clásico - asumiendo que el punto de partículas similares sometidos a las colisiones elásticas. Lo que es responsable de los las colisiones elásticas se barre debajo de la alfombra cuando usted hace el gas ideal (NB degenerados de los gases puede ser ideal demasiado) la aproximación. Si se relaja el ideal de la asunción, a continuación, los detalles de la materia - por ejemplo, las interacciones de coulomb, Thomas-Fermi correcciones, las interacciones de canje, y la inversa de la desintegración beta, etc.

Un buen ejemplo es el ideal de neutrones de la degeneración de la presión no apoyo (observados) estrellas de neutrones; es la fuerza fuerte residual entre estrechamente empaquetados neutrones, que es principalmente responsable y los detalles importan.