交换作用
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在物理学与化学领域中,交换作用(以及相关的概念如“交换项”、“交换能”等)是一种仅在全同粒子间出现的量子力学效应。虽然有些地方会将其与经典力学中的力类比而称之为“交换力”,但它并不是一种真正的力学意义上的相互作用,因为并没有介导这种相互作用的基本粒子。
该效应是由全同粒子波函数的交换对称性所引发的。具体的讲,互换波函数中的两个全同粒子后,波函数的概率密度应与交换前完全相同,因而波函数的符号应保持不变(交换对称)或反号(交换反对称)。玻色子和费密子都会受到交换作用的影响。对于费密子,交换作用起排斥效果(有时也称作“泡利排斥”),与泡利不相容原理有关。对于玻色子,交换作用在全同粒子间起等效的吸引作用,与玻色-爱因斯坦凝聚有关。在两个及以上的全同粒子波函数彼此开始重叠时,交换作用将改变它们彼此间距的期望值。与可区分粒子相比,引入交换作用的影响后,费密子的间距期望值增大(即排斥效应),而玻色子的间距期望值减小(即吸引效应)。[1]此外,交换作用最常见的效应是引发磁矩间的耦合,并导致铁磁性等宏观磁序。
交换作用是一种纯粹的量子力学效应,经典力学中没有与之对应的概念。该效应在1926年由海森堡[2]和狄拉克[3]分别独立发现。