Вольфганг Эрнст Паули ( / ˈ p ɔː l i / ; [6] нем.: [ˈvɔlfɡaŋ ˈpaʊli] ; 25 апреля 1900 г. — 15 декабря 1958 г.) — австрийский физик-теоретик и один из пионеров квантовой физики . В 1945 году, после того как его номинировал Альберт Эйнштейн , [7] Паули получил Нобелевскую премию по физике за «решающий вклад посредством открытия им нового закона природы, принципа исключения или принципа Паули ». Открытие касалось спиновой теории , которая является основой теории строения материи .
Паули родился в Вене в семье химика Вольфганга Йозефа Паули ( урождённого Вольфа Пасхелеса, 1869–1955) и его жены Берты Камиллы Шютц; его сестрой была Герта Паули , писательница и актриса. Второе имя Паули было дано в честь его крестного отца , физика Эрнста Маха . Бабушка и дедушка Паули по отцовской линии были из известных еврейских семей Праги ; его прадед был еврейским издателем Вольфом Пасхелесом . [8] Мать Паули, Берта Шютц, была воспитана в римско-католической религии своей матери; её отцом был еврейский писатель Фридрих Шютц . Паули был воспитан как католик . [9]
Паули посещал гимназию Дёблингера в Вене, которую он окончил с отличием в 1918 году. Два месяца спустя он опубликовал свою первую работу по общей теории относительности Альберта Эйнштейна . Он посещал Мюнхенский университет , работая под руководством Арнольда Зоммерфельда [1] , где в июле 1921 года получил докторскую степень за диссертацию по квантовой теории ионизированного двухатомного водорода ( H+
2). [2] [10]
Зоммерфельд попросил Паули сделать обзор теории относительности для Encyklopädie der mathematischen Wissenschaften ( Энциклопедия математических наук ). Через два месяца после получения докторской степени Паули закончил статью, которая достигла 237 страниц. Эйнштейн похвалил ее; опубликованная в виде монографии , она остается стандартным источником по этому предмету. [11]
Паули провел год в Геттингенском университете в качестве ассистента Макса Борна , а следующий год — в Институте теоретической физики в Копенгагене (позднее Институт Нильса Бора ). [1] С 1923 по 1928 год он был профессором Гамбургского университета . [12] В этот период Паули сыграл важную роль в развитии современной теории квантовой механики . В частности, он сформулировал принцип исключения и теорию нерелятивистского спина .
В 1928 году Паули был назначен профессором теоретической физики в Швейцарской высшей технической школе Цюриха в Швейцарии. [1] В 1930 году он был награжден медалью Лоренца. [13] Он занимал должность приглашенного профессора в Мичиганском университете в 1931 году и в Институте перспективных исследований в Принстоне в 1935 году.
В конце 1930 года, вскоре после постулирования нейтрино и сразу после развода и самоубийства матери, Паули пережил личный кризис. В январе 1932 года он проконсультировался с психиатром и психотерапевтом Карлом Юнгом , который также жил недалеко от Цюриха . Юнг немедленно начал интерпретировать глубоко архетипические сны Паули , и Паули стал соавтором Юнга. Вскоре он начал критиковать эпистемологию теории Юнга с научной точки зрения, и это способствовало определенному прояснению идей Юнга, особенно в отношении синхроничности . Многие из этих дискуссий задокументированы в письмах Паули/Юнга, сегодня опубликованных как « Атом и архетип» . Подробный анализ Юнгом более 400 снов Паули задокументирован в «Психологии и алхимии» . В 1933 году Паули опубликовал вторую часть своей книги по физике Handbuch der Physik , которая считалась окончательной книгой по новой области квантовой физики. Роберт Оппенгеймер назвал ее «единственным взрослым введением в квантовую механику». [14]
Немецкая аннексия Австрии в 1938 году сделала Паули гражданином Германии, что стало для него проблемой в 1939 году после начала Второй мировой войны. В 1940 году он тщетно пытался получить швейцарское гражданство, которое позволило бы ему остаться в ETH. [15]
В 1940 году Паули переехал в Соединенные Штаты, где работал профессором теоретической физики в Институте перспективных исследований . В 1946 году, после войны, он стал натурализованным гражданином США и вернулся в Цюрих, где и прожил большую часть своей жизни. В 1949 году ему было предоставлено швейцарское гражданство.
В 1958 году Паули был награжден медалью Макса Планка . В том же году он заболел раком поджелудочной железы . Когда его последний помощник Чарльз Энц навестил его в больнице Роткройц в Цюрихе, Паули спросил его: «Вы видели номер палаты?» Это был 137. Всю свою жизнь Паули был озабочен вопросом, почему постоянная тонкой структуры , безразмерная фундаментальная константа, имеет значение, почти равное 1/137. [16] Паули умер в этой палате 15 декабря 1958 года. [17] [18]
.jpg/1280px-The_physicists_Paul_Dirac,_Wolfgang_Pauli_and_Rudolf_Peierls,_c_1953._(9660575591).jpg)
Паули внес много важных вкладов как физик, в первую очередь в области квантовой механики . Он редко публиковал статьи, предпочитая длительные переписки с коллегами, такими как Нильс Бор из Копенгагенского университета в Дании и Вернер Гейзенберг , с которыми у него были близкие дружеские отношения. Многие из его идей и результатов никогда не публиковались и появлялись только в его письмах, которые часто копировались и распространялись их получателями. В 1921 году Паули работал с Бором над созданием принципа Aufbau , который описывал построение электронов в оболочках на основе немецкого слова для построения, поскольку Бор также свободно говорил по-немецки.
В 1924 году Паули предложил новую квантовую степень свободы (или квантовое число ) с двумя возможными значениями, чтобы разрешить несоответствия между наблюдаемыми молекулярными спектрами и развивающейся теорией квантовой механики. Он сформулировал принцип исключения Паули, возможно, свою самую важную работу, в котором говорилось, что никакие два электрона не могут существовать в одном и том же квантовом состоянии, определяемом четырьмя квантовыми числами, включая его новую двузначную степень свободы. Идея спина возникла у Ральфа Кронига . Год спустя Джордж Уленбек и Сэмюэл Гоудсмит определили новую степень свободы Паули как спин электрона , в который Паули в течение очень долгого времени ошибочно отказывался верить. [19]
В 1926 году, вскоре после того, как Гейзенберг опубликовал матричную теорию современной квантовой механики , Паули использовал ее для вывода наблюдаемого спектра атома водорода . Этот результат был важен для обеспечения достоверности теории Гейзенберга.
Паули ввел матрицы Паули 2×2 в качестве основы операторов спина, тем самым решив нерелятивистскую теорию спина. Иногда говорят, что эта работа, включая уравнение Паули , повлияла на Поля Дирака при создании им уравнения Дирака для релятивистского электрона, хотя Дирак сказал, что он сам изобрел эти же матрицы независимо в то время. Дирак изобрел похожие, но более крупные (4×4) матрицы спина для использования в его релятивистской трактовке фермионного спина .
В 1930 году Паули рассмотрел проблему бета-распада . В письме от 4 декабря Лизе Мейтнер и др. , начинавшемся словами « Дорогие радиоактивные дамы и господа », он предположил существование до сих пор не наблюдавшейся нейтральной частицы с малой массой, не превышающей 1% массы протона, для объяснения непрерывного спектра бета-распада. В 1934 году Энрико Ферми включил частицу, которую он назвал нейтрино , «маленький нейтральный» на родном итальянском языке Ферми, в свою теорию бета-распада. Нейтрино впервые было экспериментально подтверждено в 1956 году Фредериком Рейнесом и Клайдом Коуэном , за два с половиной года до смерти Паули. Получив известие, он ответил телеграммой: «Спасибо за сообщение. Все приходит к тому, кто умеет ждать. Паули». [20]
В 1940 году Паули заново вывел теорему о спиновой статистике — важнейший результат квантовой теории поля, утверждающий, что частицы с полуцелым спином являются фермионами , а частицы с целым спином — бозонами .
В 1949 году он опубликовал статью о регуляризации Паули–Вилларса : регуляризация — это термин для методов, которые изменяют бесконечные математические интегралы, делая их конечными во время вычислений, так что можно определить, образуют ли изначально бесконечные величины в теории (масса, заряд, волновая функция) конечный и, следовательно, вычислимый набор, который может быть переопределен в терминах их экспериментальных значений; этот критерий называется перенормировкой и который устраняет бесконечное из квантовых теорий поля , но также, что важно, позволяет вычислять поправки более высокого порядка в теории возмущений.
Паули неоднократно критиковал современный синтез эволюционной биологии , [ 21] [22] а его современные поклонники указывают на способы эпигенетического наследования как на подтверждение его аргументов. [23]
Пауль Друде в 1900 году предложил первую теоретическую модель для классического электрона , движущегося через металлическое твердое тело. Классическая модель Друде была также дополнена Паули и другими физиками. Паули понял, что свободные электроны в металле должны подчиняться статистике Ферми-Дирака . Используя эту идею, он разработал теорию парамагнетизма в 1926 году. Паули сказал: «Festkörperphysik ist eine Schmutzphysik» — физика твердого тела — это физика грязи. [24]
Паули был избран иностранным членом Королевского общества (ForMemRS) в 1953 году и президентом Швейцарского физического общества в 1955 году на два года. [1] В 1958 году он стал иностранным членом Королевской Нидерландской академии искусств и наук . [25]
Эффект Паули был назван в честь его анекдотической странной способности ломать экспериментальное оборудование, просто находясь рядом с ним. Паули знал о своей репутации и был в восторге, когда проявлялся эффект Паули. Эти странные происшествия соответствовали его спорным исследованиям легитимности парапсихологии , в частности, его сотрудничеству с К. Г. Юнгом по синхронистичности . [26] Макс Борн считал Паули «сравнимым только с самим Эйнштейном... возможно, даже более великим». Эйнштейн объявил Паули своим «духовным наследником». [27]
Паули был известным перфекционистом. Это распространялось не только на его собственную работу, но и на работу его коллег. В результате он стал известен в физическом сообществе как «совесть физики», критик, перед которым его коллеги были ответственны. Он мог быть язвительным в своем пренебрежении любой теории, которую он считал несовершенной, часто называя ее ganz falsch , «совершенно неверной».
Но это была не самая суровая его критика, которую он приберегал для теорий или тезисов, представленных настолько неясно, что они не поддаются проверке или оценке и, таким образом, не принадлежат к сфере науки, даже если выдают себя за таковые. Они были хуже, чем неправы, потому что их неправоту нельзя было доказать. Известно, что однажды он сказал о такой неясной статье: «Она даже не неправильна !» [1]
Его предполагаемое замечание при встрече с другим ведущим физиком, Паулем Эренфестом , иллюстрирует это представление о высокомерном Паули. Они встретились на конференции впервые. Эренфест был знаком с работами Паули и был весьма впечатлен ими. После нескольких минут разговора Эренфест заметил: «Я думаю, что ваша статья в Энциклопедии [по теории относительности] мне нравится больше, чем вы», на что Паули парировал: «Это странно. Со мной, относительно вас, все как раз наоборот». [28] С тех пор они стали очень хорошими друзьями.
Несколько более теплая картина вырисовывается из этой истории, которая приводится в статье о Дираке:
Вернер Гейзенберг [в книге «Физика и дальше» , 1971] вспоминает дружескую беседу молодых участников Сольвеевской конференции 1927 года о взглядах Эйнштейна и Планка на религию. В ней приняли участие Вольфганг Паули, Гейзенберг и Дирак. Вклад Дирака заключался в острой и ясной критике политического манипулирования религией, которую Бор высоко оценил за ее ясность, когда Гейзенберг позже доложил ему о ней. Среди прочего, Дирак сказал: «Я не могу понять, почему мы бездельничаем, обсуждая религию. Если мы честны — а как ученые честность является нашим точным долгом — мы не можем не признать, что любая религия — это набор ложных утверждений, лишенных какой-либо реальной основы. Сама идея Бога — продукт человеческого воображения. […] Я не признаю ни одного религиозного мифа, по крайней мере потому, что они противоречат друг другу. […]» Взгляд Гейзенберга был толерантным. Паули промолчал после некоторых первоначальных замечаний. Но когда его наконец спросили, что он думает, он в шутку сказал: «Ну, я бы сказал, что у нашего друга Дирака тоже есть религия, и первая заповедь этой религии — «Бога нет, а Поль Дирак — его пророк». Все расхохотались, включая Дирака. [29]
Многие идеи и результаты Паули никогда не публиковались и появлялись только в его письмах, которые часто копировались и распространялись получателями. Паули, возможно, не беспокоился о том, что большая часть его работы осталась неупомянутой, но когда дело дошло до всемирно известной лекции Гейзенберга 1958 года в Геттингене об их совместной работе над единой теорией поля и пресс-релиза, в котором Паули был назван всего лишь «ассистентом профессора Гейзенберга», Паули обиделся, осудив физическое мастерство Гейзенберга. Ухудшение их отношений привело к тому, что Гейзенберг проигнорировал похороны Паули и написал в своей автобиографии, что критика Паули была чрезмерной, хотя в конечном итоге теория поля была доказана несостоятельной, что подтвердило критику Паули. [30]
В своих дискуссиях с Карлом Юнгом Паули разработал онтологическую теорию, которая была названа «гипотезой Паули–Юнга» и рассматривалась как своего рода теория двойного аспекта . Теория утверждает, что существует «психофизически нейтральная реальность» и что ментальные и физические аспекты являются производными от этой реальности. [31] Паули считал, что элементы квантовой физики указывают на более глубокую реальность, которая могла бы объяснить разрыв между разумом и материей, и писал: «Мы должны постулировать космический порядок природы, находящийся за пределами нашего контроля, которому подчиняются как внешние материальные объекты , так и внутренние образы». [32]
Паули и Юнг считали, что эта реальность управляется общими принципами (« архетипами »), которые проявляются как психологические явления или как физические события. [33] Они также считали, что синхронизмы могут раскрыть некоторые из основополагающих принципов этой реальности. [33] [32]
Его считают деистом и мистиком . В книге « Не время быть кратким: научная биография Вольфганга Паули» он цитируется в письме историку науки Шмуэлю Самбурскому : «В противовес монотеистическим религиям, но в унисон с мистицизмом всех народов, включая еврейский мистицизм, я верю, что конечная реальность не является личной». [34] [35]
В 1929 году Паули женился на Кете Маргарете Деппнер, танцовщице кабаре. [36] Брак был несчастливым и закончился разводом менее чем через год. Он снова женился в 1934 году на Франциске Бертрам (1901–1987). Детей у них не было.
Паули умер от рака поджелудочной железы 15 декабря 1958 года в возрасте 58 лет. [17] [18]
...Вольфганг Паули и Вернер Гейзенберг — научные сотрудники Макса Борна.
Benannt das Center nach dem Physik-Nobelpreisträger, профессор с 1923 по 1928 годы во время войны в Гамбурге.
... пресс-релиз, в котором говорилось, что было наиболее оскорбительно для Паули, «Профессор Гейзенберг и его помощник В. Паули ...
В то же время Паули пишет 11 октября 1957 года историку науки Шмуэлю Самбурскому, с которым он познакомился во время своей поездки в Израиль (см. [7], стр. 964): «В противовес монотеистическим религиям – но в унисон с мистицизмом всех народов, включая еврейский мистицизм – я верю, что конечная реальность не является личной».
Вольфганг разделял мои опасения. ... «Концепция Эйнштейна ближе к моей. Его Бог каким-то образом вовлечен в неизменные законы природы. У Эйнштейна есть чувство центрального порядка вещей. Он может обнаружить его в простоте естественных законов. Мы можем предположить, что он чувствовал эту простоту очень сильно и непосредственно во время открытия им теории относительности. По общему признанию, это далеко от содержания религии. Я не верю, что Эйнштейн связан с какой-либо религиозной традицией, и я скорее думаю, что идея личного Бога ему совершенно чужда».
