泡利不相容原理与生命、宇宙

看看你周围的地球一切。如果你要研究任何物体是由什么组成的，你可以把它细分为越来越小的块。所有生物都是由细胞组成的，而细胞又由复杂的分子阵列组成，这些分子本身是由原子拼接而成的。原子本身可以进一步分解：分解成原子核和电子。最后，原子核可以进一步分解成它们组成的基本粒子：夸克和胶子。在基本层面上，这些是地球上所有物质的组成部分，就此而言，是我们所知道的宇宙中所有正常物质的组成部分。
但是，这些相对简单的成分粒子是如何构成我们在地球上和世界之外的宇宙中看到、知道和相互作用的一切的呢？即使是最简单的复杂结构，由原子核和电子组成的原子也有不到100种稳定或准稳定的变体。这么简单的一组“积木”是如何产生分子、物体、生物和我们发现的其他一切的巨大多样性的？
答案归结为一个被低估的量子规则：泡利不相容原理。

处于基态的原子轨道（左上），以及向右然后向下移动的下一个最低能量状态。这些基本配置控制着原子的行为和施加原子间力的方式。
图片来源：英文维基百科的原子轨道页面
当我们大多数人想到量子力学时，我们会想到宇宙在最小尺度上的奇异和违反直觉的特征。我们考虑海森堡的不确定性，以及不可能同时知道物理性质对（如位置和动量，能量和时间，或两个垂直方向上的角动量）的事实，超出了有限的相互精度。
我们思考物质的波粒性质，以及即使是单个粒子（如电子或光子）的行为也好像它们会干扰自己一样。我们经常想到薛定谔的猫，以及量子系统如何同时存在于多种可能结果的组合中，只是当我们进行关键的、决定性的测量时，却被简化为一个特定的结果。