交換作用
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在物理學與化學領域中,交換作用(以及相關的概念如「交換項」、「交換能」等)是一種僅在全同粒子間出現的量子力學效應。雖然有些地方會將其與經典力學中的力類比而稱之為「交換力」,但它並不是一種真正的力學意義上的相互作用,因為並沒有介導這種相互作用的基本粒子。
該效應是由全同粒子波函數的交換對稱性所引發的。具體的講,互換波函數中的兩個全同粒子後,波函數的概率密度應與交換前完全相同,因而波函數的符號應保持不變(交換對稱)或反號(交換反對稱)。玻色子和費密子都會受到交換作用的影響。對於費密子,交換作用起排斥效果(有時也稱作「泡利排斥」),與泡利不相容原理有關。對於玻色子,交換作用在全同粒子間起等效的吸引作用,與玻色-愛因斯坦凝聚有關。在兩個及以上的全同粒子波函數彼此開始重疊時,交換作用將改變它們彼此間距的期望值。與可區分粒子相比,引入交換作用的影響後,費密子的間距期望值增大(即排斥效應),而玻色子的間距期望值減小(即吸引效應)。[1]此外,交換作用最常見的效應是引發磁矩間的耦合,並導致鐵磁性等宏觀磁序。
交換作用是一種純粹的量子力學效應,經典力學中沒有與之對應的概念。該效應在1926年由海森堡[2]和狄拉克[3]分別獨立發現。