¿Alguien puede explicar en detalle lo que significa esta oración (el principio de exclusión de Pauli es responsable del hecho de que la materia a granel ordinaria es estable y ocupa volumen)?

El principio de exclusión de Pauli dice que dos fermiones no pueden ocupar el mismo estado al mismo tiempo. Los fermiones incluyen un montón de partículas exóticas, pero también protones, neutrones y electrones , que forman átomos y objetos físicos ordinarios como yo y la computadora portátil en la que estoy escribiendo esto.


Aquí hay un dibujo de un átomo de carbono. Como puede ver, hay un montón de protones y neutrones en el núcleo en el centro. Lejos del centro, hay varios electrones que “orbitan” el átomo en dos grupos diferentes. Hay un grupo de dos electrones en el centro y un grupo de cuatro electrones más allá. Estos grupos se llaman conchas .

Si quisiéramos juntar un montón de átomos de carbono para hacer un diamante o un trozo de carbón o un ser humano o cualquier otro objeto hecho de carbono, no podríamos simplemente juntarlos fuertemente con sus núcleos tocándose, porque el caparazón ocupa espacio. Tendríamos que colocarlos para que sus conchas exteriores se tocaran en su lugar. El tamaño de la capa más externa en el átomo determina cuánto espacio ocupa todo el átomo.

Bien, entonces ¿por qué no podemos mover todos los electrones de la segunda capa a la primera capa y obtener un átomo de carbono más pequeño? La razón por la que no podemos hacer eso es que solo hay dos “estados” en la capa interna, y el Principio de Exclusión de Pauli dice que no se pueden tener dos electrones en el mismo estado. Entonces, si tenemos más de dos electrones en la capa interna, dos de ellos deben estar en el mismo estado, y eso es imposible. En cambio, tenemos que comenzar una nueva capa y “apilar” los electrones fuera de la capa existente.

(Hay ocho “estados” en la segunda capa, si tenemos un átomo que necesita más electrones que eso, podemos comenzar una tercera capa, etc.)

Entonces, el Principio de Exclusión de Pauli es lo que hace que los electrones y las “capas” de los átomos ocupen espacio. Los depósitos son cientos de miles de veces más grandes que los núcleos, por lo que casi todo el volumen que ocupa el carbón, los humanos o cualquier materia ordinaria se debe a los depósitos y al Principio de Exclusión de Pauli.