从宏观尺度到亚原子尺度，基本粒子的尺寸在确定复合结构的尺寸方面起着很小的作用。构建块是否真正是基本的和/或点状粒子仍然未知，但我们确实从大型宇宙尺度到微小的亚原子尺度理解宇宙。

看看地球上的一切。如果你要调查任何对象的构成，你可以将它细分为逐渐变小和变小的块。所有生物都是由细胞组成的，细胞又由一系列复杂的分子组成，这些分子本身是由原子缝合在一起的。原子本身可以进一步分解：原子核和电子。这些是地球上所有物质的组成部分，就此而言，是我们在宇宙中所知道的所有正常物质。

它可能会让你想知道这是怎么发生的。由原子核和电子组成的原子如何产生不到100种，它们会产生分子，物体，生物以及我们发现的其他一切的巨大多样性？我们应该得到一个被低估的量子规则的答案：泡利除外原则。

原子轨道处于基态（左上角），随着你向右然后向下进化，下一个最低能量状态。这些基本配置决定了原子如何表现和施加原子间力。

当我们大多数人想到量子力学时，我们会想到宇宙在最小尺度上的奇异和违反直觉的特征。我们考虑海森堡的不确定性，以及不可能同时知道超出有限的相互精度的物理属性对（如位置和动量，能量和时间，或两个垂直方向上的角动量）这一事实。

我们考虑物质的波粒特性，以及单个粒子（如电子或光子）的行为，就好像它们会干扰自身一样。我们经常考虑薛定谔的猫，以及量子系统如何同时存在多种可能结果的组合，只有当我们做出关键的，决定性的测量时才能减少到一个特定的结果。

薛定谔的猫是一个思想实验，旨在说明量子力学的奇异和违反直觉的本质。量子系统可以处于多个状态的叠加，直到进行关键的测量/观察，此时只有一个可测量的结果。

我们大多数人几乎没有再考虑泡利排除原理，该原则简单地说明在同一系统中没有两个相同的费米子可以占据相同的精确量子态。

大不了吧？

实际上，这不仅是一件大事; 这是最重要的。当Niels Bohr首先推出他的原子模型时，它很简单但非常有效。通过将电子视为围绕核运行的行星状实体，但仅在明确的能量水平上由直接的数学规则控制，他的模型再现了粗糙的物质结构。当电子在能级之间转换时，它们发射或吸收光子，这反过来描述了每个单独元素的光谱。

当自由电子与氢原子核重新结合时，电子会向下级联能级，随着它们的发射发射光子。为了在早期宇宙中形成稳定的中性原子，它们必须达到基态而不产生潜在的电离紫外光子。原子的玻尔模型提供了能量水平的过程（或粗略或粗略）结构，但这已经不足以描述几十年前所见过的东西。

如果不是泡利排除原则，我们在宇宙中所遇到的问题就会以一种截然不同的方式表现出来。你看，电子是费米子的例子。每个电子基本上与宇宙中的每个其他电子相同，具有相同的电荷，质量，轻子数，轻子族数和内在角动量（或自旋）。

如果没有泡利不相容原理，那么可以填充原子的地面（最低能量）状态的电子数量就没有限制。随着时间的推移，在足够凉爽的温度下，这就是宇宙中每一个电子最终会沉入的状态。最低能量轨道 - 每个原子中的1s轨道 - 将是唯一包含电子的轨道，它将包含每个原子固有的电子。

这位艺术家的插图显示了一个绕原子核运行的电子，其中电子是一个基本粒子，但核可以分解成更小，更基本的成分。

当然，这不是我们宇宙的工作方式，这是一件非常好的事情。保利排除原则正是通过这个简单的规则阻止这种情况发生的原因：你不能将多个相同的费米子放在同一量子状态。

当然，第一个电子可以滑入最低能量状态：1s轨道。然而，如果你拿第二个电子并试图将它放在那里，它就不能具有与前一个电子相同的量子数。电子，除了它们自身固有的量子特性（如质量，电荷，轻子数等）外，还具有特定于它们所处的束缚态的量子特性。当它们与原子核结合时，包括能级，角动量，磁量子数和自旋量子数。