Принцип запрета Паули гласит, что никакие два фермиона не могут иметь одинаковые квантовые состояния. Бозоны , с другой стороны, не сталкиваются с таким запретом. Это позволяет множеству бозонов по существу занимать одно и то же пространство — явление, которое теоретически считается ответственным за сверхпроводимость . Однако бозоны не занимают точно такое же пространство, как это легко заметить по тому факту, что конденсат Бозе-Эйнштейна не коллапсирует в сингулярность.
Оба приведенных выше весьма необычных примера присущи низкоэнергетическим системам. Большая коллекция C (например, в алмазе) не проявляет особенно необычного поведения. Это приводит меня к гипотезе, что распределение энергии в системе в значительной степени ответственно за разделение бозонов. Однако, учитывая довольно простой характер вопроса, я подумал, что кто-то здесь, вероятно, знает «правильный» ответ. Так,
что мешает бозонам занимать одно и то же место?
Э... ничто не мешает этому. Вот что такое конденсат Бозе-Эйнштейна : множество бозонов в одном и том же месте и в одном и том же квантовом состоянии.
Вы наблюдаете, что состояние не идеально локализовано, но это следствие того, что состояние не имеет абсолютно нулевого импульса. В конечном счете принцип Гейзенберга накладывает нижний предел на то, насколько локализованными они могут быть.
Если бозоны являются составными объектами (например, атомами гелия), то вы можете записать состояние в терминах их составных частей, а фермионные биты должны подчиняться принципу Паули.
На самом деле это просто комментарий к ответу dmckee, но он получился немного длинным для комментария.
Проблема с вашим вопросом:
что мешает бозонам занимать одно и то же место?
заключается в том, что ни одна частица не имеет точно определенного положения. Помните, что когда мы переходим к размерам атомов и т. д., частицы не имеют положения. Они описываются волновой функцией, которая может быть до некоторой степени локализована в пространстве, но никогда не локализована в одной точке. Как говорит Дмки, принцип неопределенности Гейзенберга не позволяет частице быть локализованной вплоть до точки, если только вы не готовы позволить импульсу стать бесконечно неопределенным, и в этом случае все превращается в черную дыру!
В БЭК все атомы находятся в одном и том же квантовом состоянии, но это состояние локализовано только до размеров экспериментальной установки. В принципе, размер конденсата можно уменьшить, но я подозреваю, что повышенная неопределенность в импульсе затруднит сохранение когерентности конденсата, и он распадется на отдельные атомы с разными энергиями.
Адам Редвин