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3.9 计算普通系集可及态的捷径

我们已经建立的对称性要求使我们可以在理论上正确计算关于任何一个系集的可及态. 但实际上,当系集所包含的体系本身几乎是完全不变的时候(譬如说对于氦原子或氢分子的系集),把系集当作很多的电子、质子和中子的集体,这样做法是不方便的,而且对于系集的性质也不会给出切乎实际的见解. 看来更好的办法是把这些单元本身(如氦原子或氧分子)作为具有第二次导出的对称规则的准基本体系.

设想这样的复体系包括l个电子,p个质子和n个中子. 那么,因为一对复体系的交换意味着l+p+n对电子、质子和中子的交换,对其中每一对而言,系集的本征函数是反对称的, 因而在复体系中,如果 l+p+n 是偶的,则系集的本征函数是对称的;如果l+p+n是奇的,就是反对称的. 这个必然被导出的对称规则也已经被严格地证明为充分的规则.

因此,我们就能避免上面所提过的困难和坏处. 从有关第二级的一些体系(原子核、原子、分子、晶体)的性质出发,我们要能够预先确定什么样的一些体系能够在任一特殊问题中被适当地认为是系集的恒定成员,那么,就可以求助于下列定理:

在清数配容(可及态),或者更确切地说代表这些配容的系集的本征函数的时候,我们只要在形式上构成并清数所有那些线性独立的本征函数,它们在这些组成系集的“恒定”体系(当作一整体)上具有正确的对称性质. 任何一个“恒定”体系的本征函数在组成这个体系的电子、质子和中子上必须有正确的对称性质,但不必把全部系集直接分析成电子、质子和中子,因为配容的数目并不会因不详加分析而受到影响.

按照这个原理,在大多数统计物理问题中,可以把原子核作为一个恒定复合体来处理. 对于原子核这对称规律普遍地成立,就目前所知而论, 当这些原子核具有一奇质量数时,在所有相类的核中,本征函数必须是反对称的;而当质量数是偶的,则是对称的. 这质量数等于在一个原子核中质子和中子的数目. 到现在,我们已经建立了关于把“恒定”复合体系分析成电子、质子和中子的定理. 但并不需要把定理限于此. 它同样可以应用到把“恒定”复合体系分析成任何一种“恒定”次级体系. 例如在一个氯原子 35 Cl的系集中,系集的本征函数在 35 Cl核上必须是反对称的. 然而这系集通常完全由“恒定”分子 35 Cl 2 组成. 因此,如果我们使得每一分子的本征函数在核上是 反对称的 ,则造成系集的本征函数在分子上是 对称的 ,应用了这一原理之后,我们可以看到系集的对称性要求是可以满足的,而且可以看到本征函数的清数是正确的.

同一原理可以推广到一个由晶体和与它平衡的蒸汽组成的系集. 晶体仅仅是一个特别的分子,把它当作一个体系. 为了满足整个系集的对称性条件,我们可以忽略晶体的对称性,而只把在汽相中自由分子的对称性定好;自然在这样做的过程中,我们把晶体本身当作一个由具体实例中那样多数目的分子所组成的“恒定”体系,正确清数晶体的态. 4FRWW8BSyRTemO4gYhZ05ZoTX+wgonrLIqdEboRAeEKtcv2FUwBUVjIpg050HD+z

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