全同粒子與統計
簡併壓
簡併壓是稠密費米子氣體所施加的一種向外壓強,它並非源自熱量,而是源自包立不相容原理。由於沒有兩個全同費米子能共享一個量子態,把它們擠得更近,便會迫使其中一些進入更高能量的態,因為低能態早已被佔滿。那些高速運動的費米子向外回推,而這種抗拒即便在氣體被冷卻到近乎絕對零度、尋常熱壓本已消失之時,依然存在。
這種效應純屬量子,沒有經典對應物。經典氣體施加壓強,僅僅是因為其粒子帶著熱能彼此推擠;把它冷卻下來,壓強便漸趨於無。費米子氣體卻拒絕安靜:即便在零溫下,不相容原理也使粒子散布在一系列動量之上,而這種無法消除的運動,是一種真實而可計算的壓強,隨氣體被壓縮而陡然增長。
在天體物理中,這種壓強立下大功。當一顆類太陽恆星耗盡燃料、再也無法對抗引力燃燒時,其核心中的電子變得如此擁擠,以致它們的簡併壓止住了坍縮,留下一顆白矮星。在質量更大的殘骸中,電子與質子合併,轉而由中子的簡併壓撐住陣腳,給出一顆中子星。超過某個臨界質量後,連這種壓強也被壓垮,已知的一切都無法阻止它坍縮為黑洞。
P scales as n^(5/3) for a cold fermion gas — pressure that survives at T = 0
不相容原理迫使擁擠的費米子高速運動,給出一種寒冷時也不消失的壓強。
簡併壓並非由粒子之間的電斥力引起。它是不相容原理及其所迫成的動量散布的直接後果,即便對彼此毫無排斥的粒子也照樣存在。
又稱
另見