اصل طرد پائولی چیست؟
همان طور که اصول و قوانینی بر زندگی اجتماعی انسان‌ها حاکم است که نظم لازم را در جامعه برقرار می‌کند، اصول و قواعد خاصی هم بر زندگی اجتماعی ذرات در یک سیستم کوانتومی حاکم است. قاعده حاکم بر جامعه ذرات کوانتومی در سال ۱۳۰۴ / ۱۹۲۵ توسط یک فیزیکدان اتریشی به نام ولفگانگ پائولی کشف شد؛ قاعده‌ای که اصطلاحا «اصل طرد پائولی» نامیده میشود.
اما ببینیم اصل طرد پائولی چه می‌گوید؟
برای شناخت این اصل ابتدا به اصل مشابهی که در زندگی اجتماعی انسان‌ها صادق است اشاره می‌کنیم. به طور کلی در زندگی اجتماعی روزمره در هر جایی که لازم است تعدادی از اشخاص در مکان مشخصی گردهم جمع شوند؛ از سالن س ینما گرفته تا فضای درون هواپیما برای ایجاد نظم لازم، مکان قرارگیری اشخاص در فضای مربوطه از طریق فروش بلیت مشخص میشود. اصل بدیهی هم در فروش بلیت این است که هیچ یک از شماره صندلی‌ها نباید به بیش از یک نفر فروخته شوند».
پائولی کشف کرد مشابه همین اصل در دنیای درون اتمها هم صادق است؛ یعنی «هیچ دو الکترونی در اتم نباید یک حالت کوانتومی را اشغال کنند». این اصل که اصطلاحا «اصل طرد پائولی» نامیده میشود عملا نظم لازم را در دنیای ذرات کوانتومی برقرار کرده و نحوه چیدمان این ذرات را در سیستم‌های کوانتومی مشخص می‌کند. در واقع براساس اصل طرد پائولی چنانچه یک حالت کوانتومی توسط الکترونی در اتم اشغال شده باشد، الکترون مزبور سایر الکترونها را از قرار گرفتن در این حالت کوانتومی طرد کرده و اجازه نمی‌دهد دیگران جای او را بگیرند و بنابراین سایر الکترونها باید حالت کوانتومی متفاوتی برای خود انتخاب کنند.
اصل طرد پائولی را می‌توان قانون اساسی گردهمایی و جوامع ذرات کوانتومی محسوب کرد که رعایت آن برای تمامی ذراتی که عدد کوانتومی اسپین کسری دارند و اصطلاحا فرمیون نامیده می‌شوند الزامی است. البته پائولی ابتدا این اصل را برای الکترونها در اتمها کشف کرده بود؛ اما چند سال بعد دریافت که اصل مزبور به طور کلی برای تمامی انواع فرمیون‌ها صادق است (در جوامع کوانتومی ذراتی به نام بوزون هم وجود دارند که برخلاف فرمیون هاعدد کوانتومی اسپین صحیح دارند و از رعایت اصل طرد پائولی معاف هستند).
اصل طرد پائولی در تبیین چیدمان و رفتار تمامی سیستمها کوانتومی چندذرهای فرمیونی کاربرد دارد. به عنوان مثال بر اساس همین اصل است که می‌توان نحوه چیدمان الکترونها را در ترازهای مختلف انرژی اتمها توضیح داد و الگوی پرشدن اوربیتال‌های اتمی را بر اساس اعداد کوانتومی اتم مشخص کرد. بدین ترتیب اصل طرد پائولی حتی مبنای شکل‌گیری جدول تناوبی عناصر رانیز تبیین می‌کند. به واسطه کشف این اصل مهم، پائولی جایزه نوبل سال ۱۳۲۴ / ۱۹۴۵ فیزیک را دریافت کرد. و اما کمی هم درباره خود پائولی بشنوید. او که نظریه پردازی فوق العاده بود چند دستاورد دیگر در عرصه فیزیک هم داشت که مهم‌ترین آن‌ها پیش بینی وجود ذره شبح مانند و اسرارآمیز نوترینو بود.
پائولی اندیشمندی بود که به وجود حقیقت غایی جهان و مسائل معنوی اعتقاد عمیقی داشت. گذشته از این او به فراروانشناسی، متافیزیک و ماوراء الطبیعه هم علاقه خاصی داشت و با کارل گوستاو یونگ، روان‌شناس معروف سوئیسی مکاتبات گسترده‌ای در زمینه تعبیر رویاهایش انجام داده بود. اما از همه اینها جالب‌تر اینکه دوستان پائولی به این نتیجه رسیده بودند که حضور پائولی در آزمایشگاه به طور اسرارآمیزی منجر به بروز خطا در آزمایشها یا از کار افتادن خود به خودی دستگاه‌ها میشود و این پدیده عجیب را به شوخی «اثر پائولی» نامیده بودند؟