第四百四十六章 費(fèi)米子（量子力學(xué)）

　　常溫下，對(duì)熱容產(chǎn)生貢獻(xiàn)的電子比傳導(dǎo)電子要少100倍以上。此外，在常溫下給金屬施加一強(qiáng)電場(chǎng)，將造成場(chǎng)致電子發(fā)射（Field electron emission）現(xiàn)象，從而產(chǎn)生電流流經(jīng)金屬。

　　研究發(fā)現(xiàn)，這個(gè)電流與溫度幾乎無關(guān)。當(dāng)時(shí)的理論難以解釋這個(gè)現(xiàn)象。

　　當(dāng)時(shí)，由于人們主要根據(jù)的是經(jīng)典靜電學(xué)理論，因此在諸如金屬電子理論等方面遇到的困難，無法得到令人滿意的解答。

　　他們認(rèn)為，金屬中所有電子都是等效的。

　　也就是說，金屬中的每個(gè)電子都以相同的程度對(duì)金屬的熱量做出貢獻(xiàn)（這個(gè)量是波爾茲曼常數(shù)的一次項(xiàng)）。上述問題一直困擾著科學(xué)家。

　　1925年，費(fèi)米提出了滿足泡利不相容原理的粒子的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，即費(fèi)米-狄拉克統(tǒng)計(jì)。自旋為半整數(shù)的粒子被稱為費(fèi)米子，滿足費(fèi)米-狄拉克統(tǒng)計(jì)。

　　費(fèi)米此刻意識(shí)到，計(jì)算大量微粒的時(shí)候，不能再用古老的統(tǒng)計(jì)學(xué)的。

　　古老的統(tǒng)計(jì)學(xué)只適合，一個(gè)單純的沒有任何作用的球體，符合二項(xiàng)式的分布。

　　而物理學(xué)中的粒子，那不僅僅有相互作用，而且還會(huì)出現(xiàn)泡利不相容現(xiàn)象，就是兩個(gè)電子在同一個(gè)軌道中，必須是兩個(gè)不同的狀態(tài)才行，所以對(duì)于電子的統(tǒng)計(jì)學(xué)，必須要把泡利不相容原理給考慮進(jìn)去。

　　不久后，狄拉克也發(fā)現(xiàn)了這樣的公式。

　　但是在數(shù)學(xué)上，這些模型都很難計(jì)算，因?yàn)榍闆r多，太過復(fù)雜。

　　所以一般只能使用近似后的計(jì)算。使費(fèi)米-狄拉克統(tǒng)計(jì)退化成為經(jīng)典的麥克斯韋-玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)。

　　在1925年P(guān)ascual Jordan對(duì)這項(xiàng)統(tǒng)計(jì)規(guī)律進(jìn)行了研究，他稱之為“泡利統(tǒng)計(jì)”。不過他并未及時(shí)地發(fā)表他的研究成果。

　　1926年，恩里科·費(fèi)米、保羅·狄拉克各自獨(dú)立地在發(fā)表了有關(guān)這一統(tǒng)計(jì)規(guī)律的兩篇學(xué)術(shù)論文。狄拉克稱此項(xiàng)研究是費(fèi)米完成的，他稱之為“費(fèi)米統(tǒng)計(jì)”，并將對(duì)應(yīng)的粒子稱為“費(fèi)米子”。

　　1926年，拉爾夫·福勒在描述恒星向白矮星的轉(zhuǎn)變過程中，首次應(yīng)用了費(fèi)米–狄拉克統(tǒng)計(jì)的原理。

　　1927年，阿諾·索末菲將費(fèi)米–狄拉克統(tǒng)計(jì)應(yīng)用到他對(duì)于金屬電子的研究中。

　　1928年，福勒和L·W·諾德漢（Lothar Wolfgang Nordheim）在場(chǎng)致電子發(fā)射的研究中，也采用了這一統(tǒng)計(jì)規(guī)律。直至今日，費(fèi)米–狄拉克統(tǒng)計(jì)仍然是物理學(xué)的一個(gè)重要部分。