交换作用

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简介

这个相互作用是量子力学效应：假定两个具有不成对电子的原子相互靠近。如果这两个原子的自旋相互反平行，则它们将共享一个共同的轨道，这样就增加了静电库仑能，然而，若二者的自旋平行，则根据泡利不相容原理，二者将形成分开的轨道，即减少了库仑相互作用！

基本介绍

全同微观多粒子系统里粒子间的一种等效相互作用。它反映了全同粒子的不可分辨性，纯属量子效应，没有与之对应的经典概念。

一个 N( >1)粒子所构成的量子系统，其状态以波函数 ψ(x1,x2,…,xN, t)描述，xi为粒子 i的坐标，包括空间坐标和自旋坐标；还可能包括其他坐标，如核子的同位旋等。按照量子力学理论，全同粒子系统的波函数是薛定谔方程 (1)在必要的边界条件、初始条件和统计对称性条件 (2)限制下的解。哈密顿算符彑由各粒子的动能、在外场中的位能和各粒子间的相互作用能构成。这些能量项都具有经典解释，这种相互作用称为“普通相互作用”。式(2)表明，交换任一对粒子 i和 j时，波函数或者完全不变（玻色子系统），或者仅改变符号（费密子系统）。可见，在全同粒子系统中，各个粒子的运动是互相关联的，不能对每个粒子做单独的描述，只能做整体的描述，即粒子间存在着一种相互作用。这种与全同粒子不可分辨性等效的粒子间相互作用，就称为交换作用。