量子數（quantum number）

想想郵政地址是怎麼鎖定某一戶人家的：國家、城市、街道、門牌號。每一項都把範圍收窄，直到只剩下唯一的一處。原子裡的電子也有它自己的一種地址，由一小組整數或半整數組成。把它們讀出來，你就知道電子位於哪個軌道、軌道有多大、什麼形狀、朝向哪個方向，以及它如何自旋。這些數字就是量子數。

更準確地說，量子數是用來標記一個系統允許的量子態的整數（和半整數）。對原子裡的電子有四個：主量子數決定主能級和總體大小；角動量量子數決定軌道的形狀（s、p、d、f）；磁量子數決定它在空間中的取向；自旋量子數給出電子取兩個值的自旋。它們作為薛丁格方程解的標籤，自然而然地出現。

誠實地說，量子數並不是我們為了記帳隨意貼上的標籤——它們是被數學強加給我們的，因為只有某些整數樣式才能讓波函數妥帖地拼合起來。它們對化學的真正威力來自一條配套規則，即泡利不相容原理：原子裡沒有任何兩個電子能共用完全相同的全套四個量子數。正是這一條限制，搭建起整張週期表的結構。