泡利不相容原理与生命、宇宙(5)

对应于氢原子内不同状态的能级和电子波函数，尽管所有原子的构型都非常相似。能级以普朗克常数的倍数量化，但轨道和原子的大小由基态能量和电子质量决定。由于泡利不相容原理，只有两个电子，一个向上旋转，一个向下旋转，可以占据这些能级中的每一个，而其他电子必须占据更高，更庞大的轨道。当你从较高的能级下降到较低的能级时，如果你只发射一个光子，你必须改变你所处的轨道类型，否则你将违反某些无法打破的守恒定律。
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在这个重要的量子规则下，元素周期表上的每个原子都将具有与其他元素不同的电子构型。因为最外层壳层中电子的特性决定了它所属元素的物理和化学性质，所以每个原子都有自己独特的原子、离子和分子键，它能够形成。
没有两个元素，无论多么相似，在它们形成的结构方面是相同的。这就是为什么我们有很多可能性，只需一些简单的原料就可以形成多少不同类型的分子和复杂结构。我们添加的每个新电子都必须具有与之前的所有电子不同的量子数，这改变了该原子与其他所有事物相互作用的方式。

这幅位于199，000光年外的小麦哲伦星云的红外肖像突出了各种特征，包括新恒星，冷气体，以及非常壮观（绿色）多环芳烃的存在：在星际空间的自然环境中发现的最复杂的有机分子。原子连接形成分子的方式，包括有机分子和生物过程，只有在控制电子的泡利不相容规则下才有可能。
学分：NASA/JPL-加州理工学院
最终结果是，当与任何其他原子结合形成化学或生物化合物时，每个单独的原子都提供了无数的可能性。原子可以聚集在一起的可能组合没有限制;虽然某些构型肯定比其他构型在能量上更有利，但自然界中存在各种能量条件，为形成即使是最聪明的人类也难以想象的化合物铺平了道路。
但是原子以这种方式行事的唯一原因，以及我们可以通过组合它们形成如此多的奇妙化合物，是我们不能将任意数量的电子置于相同的量子态中。电子是费米子，泡利被低估的量子规则阻止了任何两个相同的费米子具有相同的精确量子数。