电子简并压力

量子简并压力的常见现象的具体表现

电子简并压力是量子简并压力的一种常见现象的具体表现。泡利不相容原理不允许两个相同的半整数自旋的粒子（电子或其他费米子）同时占据相同的量子态，因此产生了一种抵抗压缩的压力。弗里曼·戴森（Freeman Dyson）表明，固体物质的不透水性是由于量子简并压力引起而不是以前认为的静电斥力。此外，电子简并压力阻碍了垂死恒星的引力坍缩，从而形成白矮星。

原理

电子简并压力是由泡利不相容原理产生的。在恒星物理中，它造成了白矮星的存在。

电子简并压力不是“力”，它是交换相互作用（exchange interaction），但它和我们平常说的四大基本力的相互作用完全是两码事，它并不需要交换媒介粒子。交换相互作用只发生在全同粒子之间，本质上是一种波函数的干涉效应，不涉及任何“力”。它类似于分子热运动，温度升高时，分子热运动加剧，物体体积增大，这时我们并不能认为是某种力使该物体体积增大。所以我们可以将电子简并压力想象为由“电子热运动”产生的“电子气压”。

气压是由大量分子碰撞产生的统计性质，公式为

能量 E 是气体分子的内能

简并压是叠加在气压上面的效果，压力公式一样，区别在于 E 是粒子的费米动能

因此电子简并压力为

其实电子简并压力是无处不在的，只是在通常情况下，这个压力小得可以忽略。但当电子数密度（n/V）足够高，温度足够低时，它就会占主导地位。在白矮星中，原子间的电磁力顶不住万有引力的猛烈挤压，原子的电子壳层被压碎，形成自由电子在晶格中穿行，或者说原子核漂浮在电子海洋中的状态。我们可以把这时的情况想象为所有原子核和电子共同形成了一个超大分子，而根据泡利不相容原理，分子轨道中的一个原子轨道只能容纳两个自旋方向相反的电子。由于轨道能级越低，电子距离原子核越近。当物质被压缩到极大的密度时，万有引力会竭力拉近电子与原子核之间的距离，这时低能级轨道将被电子挤满。泡利不相容原理不容许两个电子处在同一个状态，相互靠近的电子将产生一种新的排斥力，阻止体积的进一步缩小。

可能与电子简并压力相关的解释是海森堡测不准原理：

此处h是狄拉克常数（约化普朗克常数），Δx是测量时在位置上的不确定值，而Δp动量测量不确定的标准差。

一种本质为压力增加时就会被压缩的材料，在内部的电子，位置测量的不确定量Δx就会减少，因此依据测不准原理，电子动量的不确定量Δp热运动之上时，电子就进入简并状态，这种材料就成为简并态物质。

应用

电子简并压力在恒星质量未超过钱德拉塞卡极限（1.44个太阳质量）前能阻止核心的塌缩，这就是阻止白矮星崩溃的压力。质量超出这个极限而又没有燃料可以进行核融合的恒星，将会因为电子提供的简并压力不足以抵抗万有引力，而继续塌缩形成中子星或黑洞。

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