Научные достижения
Паули сделал много важных научных открытий, особенно в области квантовой механики. Он редко публиковал свои статьи, предпочитая переписке с коллегами, особенно с Нильсом Бором и Вернером Гейзенбергом, с которыми очень дружил. Многие его идеи и результатов никогда не были опубликованы и появлялись только в его письмах, которые часто передавались дальше и копировались. Паули, судя по всему, мало беспокоило то, что по причине малого числа публикации большая часть его работы была почти не знакома общественности.
В 1924 Паули предложил новую степень свободы, квантовое число с двумя возможными значениями, с целью решить несогласованность между экспериментальными молекулярными спектрами и теорией квантовой механики. Он сформулировал принцип запрета Паули, согласно которому два электрона не могут находиться в одном квантовом состоянии, что характеризуется 4 квантовыми числами, включая его нововведений квантовое число. Эта степень свободы была в 1925 г. идентифицирована Г. Уленбеком и C. Гоудсмитом как спин электрона.
В 1926 году, вскоре после опубликования Гейзенбергом матричной теории современной квантовой механики, Паули использовал эту теорию для расчета спектра атома водорода. Результат послужил существенным доводом для признания теории Гейзенберга. Паули вводит матрицы Паули – матрицы размерности 2 x 2, как базис для операторов спина. Существует мнение, что эта работа повлияла на Дирака в процессе сворення уравнения Дирака для релятивистского электрона. Но Дирак отметил, что он ввел такие же матрицы независимо, без влияния Паули.
В 1930 году Паули постулирует нейтрино. Он осознал, что при бета-распаде нейтрона на протон и электрон законы сохранения энергии и импульса выполняются только при условии излучения еще одной, ранее неизвестной частицы. В 1934 году Энрико Ферми включил частицу, которую назвал нейтрино в свою теорию бета-распада. Существование нейтрино впервые было экспериментально подтверждено в 1956 году Фредериком Райнес и Клайдом Кованом, два с половиной года до смерти Паули. Получив новость, он ответил телеграммой: "Благодарю за сообщение. Все приходит к тому, кто умеет ждать. Паули."
В 1940 году Паули доказал теорему спин-статистики, согласно которой частицы с нецилочисленим спином – фермионы, а с цилочисленим спином – бозоны.
В 1949 он опубликовал статью о регуляризации Паули-Вилларса, в которой Шлос о важности ренормування, или удаление полюсов по квантовой теории поля.
В области физики Паули был известным перфекционистом. При этом он не ограничивался только своими работами, но и безжалостно критиковал ошибки коллег. Он стал «совестью физики», часто отзывался о работах как о «совсем неправильные», или комментировал примерно так: «Это не только неправильно, это даже не дотягивает до ложного!"
Существует анекдот о том, как Гейзенберг написал Паули о своей новой теории. В качестве ответа он получил письмо, в котором был нарисован квадрат с пометкой «Я могу рисовать как Тициан». Снизу маленькими буквами было дописано: «Не хватает только деталей».
В Вене Паули учился в федеральной гимназии № 19. Его одноклассником был будущий лауреат нобелевской премии по химии Рихард Кун. Также рассказывают, что однажды на уроке физики учитель сделал на доске ошибку, которую не смог найти даже после долгих поисков и в отчаянии воскликнул: «Паули, ну скажите наконец, где ошибка. Вы же наверное давно ее нашли … »
Личная жизнь
В мае 1929 Паули отлучился от католической церкви. В декабре того же года женился на Кете Маргарете Деппнер (Kathe Margarethe Deppner). Брак был несчастливым и закончился разводом в 1930 году. Паули женился снова в 1934 с Францизкою Бертрам (Franziska Bertram). Детей не имели.
Написано Паули
О Паули
Вольфганг Паули был теоретиком от головы до пят. Считалось, что его нельзя впускать в экспериментальную лабораторию. Каждый раз, когда он туда заходил, то выходило из строя. Этот феномен назвали эффектом Паули.
Рассказывают, однако, что одного раз в одной лаборатории в каком городе произошел взрыв, хотя туда не заходил Паули. В результате тщательного исследования на свет божий выплыла факт, что Паули в тот день проезжал через город.
Впервые встретившись с Паули, Эренфест отметил: «Ваши статьи мне нравятся больше, чем вы сами», на что Паули выпалил: «А мне вы нравитесь больше, чем ваши статьи». Эренфест и Паули стали добрыми друзьями.
Викискладе есть медиафайлы по теме:
Категории: Персоналии по алфавиту | Ученые по алфавиту | Незавершенные статьи о | Персоналии по алфавиту | Австрийские физики | Лауреаты Нобелевской премии по физике | Выпускники Мюнхенского университета | Родившиеся 25 апреля | Родившиеся в 1900 | Умершие 15 декабря | Умершие 1958
Вольфганг Паули родился 25 апреля 1900 года в городе Вена, Австрия. Мальчик вырос в семье врача, профессора химии. Еще в средней школе проявил незаурядные математические способности и самостоятельно начал изучать высшую математику, поэтому сразу прочитал только что опубликованный труд Альберта Эйнштейна по теории относительности.
Первая работа Паули вышла в свет в 1918 году и посвящена математическим вопросам единой теории гравитации и электромагнетизма. В том же году поступил в Мюнхенский университет, где учился у известного физика Арнольда Зоммерфельда и по просьбе которого в 1920 году начал работать над статьей по теории относительности для «Энциклопедии математических наук».
Впоследствии эта статья многократно издавалась в виде книги, и ее переводы вышли во многих странах. В 1921 году защитив докторскую диссертацию, Паули отправился в Геттингенский университет, где работал под руководством «учителя гениев» Макса Борна на кафедре теоретической физики. Именно в эти годы в Геттингене родилась матричная формулировка квантовой механики и новая, статистическая ее интерпретация.
Работа под руководством известных ученых пробудила у Паули интерес к новой области физики, квантовой теории и ученый полностью погрузился в проблемы, встававшие перед физиками в этой области. Уже с университетских лет Вольфганг уделял большее внимание проблеме атомов и спектров, и в 1924 году эти исследования привели его к формулировке одного из важнейших законов физики микромира: к принципу, носящему его имя.
Принцип запрета Паули играет фундаментальную роль для понимания строения и поведения атомов, атомных ядер, свойств металлов и других физических явлений. Объясняет химическое взаимодействие элементов и их прежде непонятное расположение в периодической системе. Ученый использовал этот принцип для понимания магнитных свойств простых металлов и газов.
В последующие годы Паули преподавал в Копенгагене и Гамбурге, а в 1928 году занял пост профессора Высшего технического училища в Цюрихе, на котором оставался до конца жизни, за исключением нескольких лет, проведенных в США, когда читал лекции в Институте фундаментальных исследований в Принстоне и возглавлял кафедру теоретической физики.
В 1945 году Вольфганг Паули награжден Нобелевской премией по физике «за открытие принципа запрета». Также с его именем связано такое фундаментальное понятие, как спин элементарной частицы, а еще предсказал существование нейтрино.
Награды и Память о Вольфганге Паули
1931 - награжден медалью Лоренца.
1945 - Нобелевская премия по физике.
1950 - избран членом Американской академии искусств и наук.
1958 - награжден медалью Макса Планка.
Памятный знак в Геттингене
Именем Паули названы аллея в 14-м округе Вены и улица в университетском городке Цюриха.
В честь ученого в Геттингене установлен памятный знак.
В 1970 году Международный астрономический союз присвоил имя Паули кратеру на обратной стороне Луны.
Ежегодно в Высшей технической школе Цюриха проходит мемориальная лекция в память о Паули. В гамбургском университете имя Паули носит самый большой зал физического института.
Основные труды Вольфганга Паули
Релятивистская теория элементарных частиц. - М.: Иностранная литература, 1947. - 80 с.
Общие принципы волновой механики. - М.-Л.: Гостехиздат, 1947. - 332 с.
Мезонная теория ядерных сил. - М.: Иностранная литература, 1947. - 79 с.
Инвариантная регуляризация в релятивистской квантовой теории (совместно с Вилларсом) // Сдвиг уровней атомных электронов. - М.: Иностранная литература, 1950.
О математической структуре модели Ли (совместно с Челленом). Русский перевод // УФН. - 60. - 425 (1956).
Физические очерки: Сборник статей. - М.: Наука, 1975. - 256 с.
Труды по квантовой теории в двух томах.
Том 1. Квантовая теория. Общие принципы волновой механики. Статьи 1920-1928 / Под ред. Я. А. Смородинского. - М.: Наука, 1975. - (Серия «Классики науки»)
Том 2. Статьи 1928-1958 / Под ред. Я. А. Смородинского. - М.: Наука, 1977. - (Серия «Классики науки»)
Теория относительности. - 3-е изд., испр. - М.: Наука, 1991. - 328 с.
Возможно, в истории создания ядерного оружия случился бы непредвиденный поворот, окажись этот удивительный человек в центре Манхэттенского проекта.
Вольфганг Эрнст Паули вошёл в историю не только как блестящий немецкий физик-теоретик, пионер в области квантовой механики и лауреат Нобелевской премии по физике 1945 года, но и как человек, чьим именем названо загадочное и малопонятное явление – «эффект Паули», суть которого состоит в том, что присутствие некоторых людей негативно влияет на ход экспериментов и работу точных приборов.
С Вольфгангом Паули такое случалось постоянно. Стала легендарной его неспособность заставить работать даже самые элементарные экспериментальные приборы, а также то, что вещи и техника при его появлении ломались или входили в нештатный режим работы.
Физик Отто Штерн, тоже лауреат Нобелевской премии и коллега Паули, отказывался пускать его в свою лабораторию, утверждая, что «количество отмечавшихся «гарантированных эффектов Паули» было велико до такой степени, когда игнорировать это было просто невозможно».
Источник несчастий
На самом деле не только Штерн, с которым, кстати, Паули регулярно обедал, опасался присутствия ходячего бедствия Паули в своей лаборатории. Другие коллеги тоже боялись «эффектного» появления Паули и каждый раз молились, чтобы тот, не дай бог, не заглянул к ним, когда в лаборатории шёл эксперимент и требовалась безукоризненная работа высокоточных приборов.
Для опасений у коллег имелись серьёзные причины. Если Паули заходил в лабораторию, то механизмы внезапно останавливались или сгорали, стеклянные приборы ни с того ни с сего разлетались вдребезги, в вакууме вдруг появлялись утечки, взрывались лампочки, перегорали реле, случалось короткое замыкание…
Однажды Паули решил навестить своего приятеля, известного астронома Вальтера Бааде и впервые появился в Гамбургской обсерватории. Этот «эффектный» визит Паули все запомнили надолго, поскольку при его появлении в обсерватории немедленно произошла жуткая авария, в результате которой чуть было не разрушился бесценный телескоп-рефрактор.
Впрочем, «эффект Паули» был настолько силён, что «срабатывал» даже на расстоянии. Так, большую известность получил случай, когда во время эксперимента дорогая измерительная техника в лаборатории физика Джеймса Франка в городе Гёттингене внезапно отказала и случился взрыв. Кто-то из коллег Франка сразу припомнил «эффект Паули», однако самого «источника несчастья» в данный момент рядом не было не только в лаборатории, но и в городе.
Будучи другом Паули, Франк отправил ему письмо в Цюрих, где тот в то время проживал, и в шутливых тонах описал случившуюся неприятность. Каково же было изумление Франка, когда от Паули пришло ответное письмо, в котором тот сообщил, что в Цюрихе его нет – он поехал навестить Нильса Бора и во время таинственного случая в лаборатории Франка как раз возвращался обратно поездом и совершал остановку в Гёттингене…
В другой раз, когда Паули в 1950 году приехал в Принстон, там немедленно сгорел новёхонький, только-только купленный и абсолютно исправный дорогущий циклотрон. Сгорел совершенно необъяснимо, если не считать «эффекта Паули».
И шутить с Паули на тему его «эффекта» тоже никак не получалось. Один раз коллеги-шутники решили продемонстрировать искусственный «эффект Паули»: в аудитории, где он читал лекции, они подсоединили часы с помощью реле к двери. По замыслу, часы должны были остановиться, как только Паули откроет дверь и войдёт. Паули вошёл, но часы продолжали идти, потому что отказало реле.
Похожий случай был и с люстрой, которую другие шутники подвесили на верёвку и которая должна была эффектно упасть при появлении Паули (но не на голову, разумеется). Люстра осталась висеть на месте, так как намертво заклинило верёвку…
Неясные механизмы
С Паули и вокруг Паули происходили и другие загадочные вещи. Например, однажды он сидел за столиком в кафе и смотрел в окно, думая о красном цвете и особенностях его восприятия. Глаза учёного отстранённо смотрели на пустую машину, которая находилась на стоянке напротив кафе. Под его взглядом машина внезапно вспыхнула, и красный цвет стал реальностью.
В другом случае, опять же в кафе, все оказались перемазаны сливками. Все, кроме Паули.
На торжественной церемонии открытия в Цюрихе в 1948 году института Юнга, на официальном приёме при появлении Паули со своего места совершенно неожиданно упала большая китайская ваза с цветами. Вода из вазы забрызгала элегантные костюмы многих высокопоставленных гостей. На одежде Паули не оказалось ни одной капли.
Вообще было замечено, что «деструктив», который исходил от Паули, при всей своей «эффектности» не причинял тому ни малейшего вреда. Об этом написал один из его близких друзей, немецкий физик Рудольф Пайерлс, неоднократно становившийся свидетелем разрушительного воздействия приятеля на окружающую обстановку: «Казалось, что он произносил какой-то заговор, который оказывал влияние на людей или предметы в его окружении, особенно в физических лабораториях, приводя к различным авариям и несчастным случаям… но ни одна из этих аварий не причиняла вреда или беспокойства ему самому».
И хотя, как утверждал Штерн, количество «гарантированных эффектов Паули» было велико, тем не менее коллеги не рассматривали их с научной точки зрения. Рассказы об «эффекте Паули» вошли в учёный фольклор в качестве шутки, анекдота и вообще чего-то несерьёзного.
Но сам Паули так не считал. Он был убеждён, что его «эффект» – это не простые случайности, а чёткая закономерность с пока неясными для науки механизмами.
Техника и мистика
Подобная убеждённость основывалась на весьма конкретных и довольно неприятных физических ощущениях, которые Паули испытывал всякий раз перед тем, как что-то должно было случиться.
По его словам, у него заранее возникало предчувствие грядущей неприятности. Это было некое внутреннее напряжение, длившееся до тех пор, пока неприятность не случалась. После этого Паули чувствовал в себе странное и особенное освобождение и великое облегчение.
В наши дни учёные попытались разобраться в «эффекте Паули» и дать объяснение этому феномену с чисто научной точки зрения. В группе испытуемых возрастом от 20 до 55 лет проводили измерения электрического потенциала на их ладонях.
Дело в том, что каждый из нас обладает постоянным электрическим полем, а на поверхности кожи в результате различных биохимических процессов, происходящих внутри организма, имеется электрический потенциал. Как правило, он не превышает 0,05В. Однако в определённых обстоятельствах может «подскакивать» почти до 10В.
И учёные принялись измерять этот кожный потенциал при различных состояниях испытуемых: они сравнивали потенциал весёлых и грустных людей, голодных и сытых, спокойных и нервозных, уверенных и неуверенных, расслабленных и сосредоточенных…
Полученные результаты со всей убедительностью показали, что электрический потенциал при разных состояниях человека меняется весьма существенно, а техника на эти изменения реагирует очень чутко и может начать «чудить».
Особенно это касается индивидуальной техники, которая мгновенно распознаёт эмоциональное состояние своего хозяина. И если у того в эмоциональной сфере на данный момент присутствует негатив, то техника может выдать весьма специфическую реакцию. Также она «вредничает» с людьми, погружёнными в собственные мысли, находящимися в стрессе, расстроенных чувствах, и особенно – с «чужаками».
А вот техника в общественных местах на эмоциональную сферу реагирует гораздо спокойнее, так как быстро «привыкает» к большому количеству людей и не разделяет пользователей на «своих» и «чужих».
Все эти эксперименты, конечно, интересны и дают пищу для размышлений; однако внятно объяснить «эффект Паули» они не смогли. Почему именно он среди многих учёных того времени был для техники «чужаком», причём настолько «страшным», что техника при его появлении начинала ломаться? Может, виновато огромное электрическое поле, которое учёный на себе «носил»? Но даже если это так, то как объяснить разрушительное воздействие Паули даже на расстоянии?
Техника явно «чувствовала» исходящую от Паули иную силу, нежели просто электрическое поле, пусть даже оно и было велико.
Шведский теоретик Оскар Клейн, всю жизнь бывший суперскептиком и Фомой неверующим, будучи знакомым с Паули и видевший, что творилось вокруг того, с одной стороны, утверждал, что «эффект Паули» – это отличный пример того, как на основе достоверных фактов можно делать очевидно неверные выводы. Однако при этом Клейн не мог не признать, что данный эффект уж слишком странный и что «этот случай был бы весьма убедительной демонстрацией «сверхъестественного» – когда определённые демонические личности могут влиять на окружающие их предметы, вызывая к действию некие загадочные силы».
Незнакомцы из снов
Мистика в жизни Паули, действительно, была. Точнее, мистика была в его снах. Начиная с 1946 года к нему в сновидениях стали являться два незнакомца – молодой блондин и более старший по возрасту бородатый брюнет восточной наружности, которого Паули условно назвал «Перс». Эти два загадочных человека принялись учить Паули «новой физике».
«Курс обучения» Паули описал в приватных письмах к своему другу Карлу Юнгу. Однако «ночная тайна» Паули до конца 1980-х годов была за «семью печатями», так как жена Паули почему-то крайне отрицательно относилась к увлечению мужа идеями Юнга и постаралась, чтобы эта часть биографии её знаменитого супруга была надолго скрыта от исследователей. И очень жаль, потому что «юнговский штрих» в жизни Паули даже, наверное, интереснее его «официального канона» и уж точно куда более таинственней.
Так, «Блондин» объяснял учёному особую важность принципа вращения, но главное, что в людскую науку необходимо привнести женское начало или душу, чего, к слову, до сих пор не сделано.
«Перс» был более суров и часто говорил странные вещи, малопонятные или совсем непонятные Паули. Среди многих загадочных фраз «Перса» Паули запомнилась одна, которую произнёс бородач, когда Паули спросил, не является ли тот всего лишь его собственной тенью. Этот вопрос очень рассердил «Перса», и он ответил: «Я нахожусь между тобой и светом, так что это ты моя тень, а никак не наоборот».
Паули, будучи приверженцем учения Карла Юнга, действительно считал, что оба его ночных визави – не что иное, как ипостаси его собственного бессознательного. Однако учёного смущало то, что слова и поведение этих двух весьма различных персонажей из его снов постоянно вступали в явное противоречие с той ролью, которая им была «прописана» в юнговской теории о бессознательном, и частенько выходили за её рамки.
Может быть, на связь с Паули и в самом деле вышли представители иных миров? «Перс», кстати, прямо говорил, что Паули не понял бы физику на его родном языке. Что это был за язык и что это был за мир – для учёного (и для нас) так и осталось тайной.
Зато известно, что Паули не допустили к разработке атомной бомбы. Не потому, что он был плохим учёным – как раз наоборот, учёным он был гениальным. Но вот его «эффект»…
И хотя к данному «эффекту» коллеги относились как к анекдоту, тем не менее в Америке, где шла разработка бомбы и куда Паули был вынужден уехать во время Второй мировой войны, спасаясь от нацистов, решили, что рисковать не стоит.
Разумеется, почтенному и уважаемому Паули прямо об этом никто не сказал. Роберт Оппенгеймер, научный руководитель Манхэттенского проекта, занимавшегося разработкой ядерного оружия, лично написал Паули письмо, в котором подробно объяснил, почему именно его, Вольфганга Паули, более целесообразно оставить вне этой жутко засекреченной работы и чем он должен заниматься вместо изобретения бомбы…
В общем, когда остальные коллеги Паули трудились в секретной лаборатории, сам Паули… писал статьи дома. Качественные, чисто научные труды, зачастую под разными именами, которые публиковал в различных журналах, стремясь создать у немцев впечатление, будто учёные-физики в Америке не занимаются ничем таким подозрительным и никаких разработок не ведут.
Позже Паули был несказанно рад, что счастливо сумел избежать участия в создании этого поистине адского оружия. А уж как мы рады…
Марина Ситникова
(1890 - 1958)
Австро-швейцарский физик Вольфганг Эрнст Паули родился 25 апреля 1890 г. в Вене в семье известного физика и биохимика, профессора колоидной химии Венского университета.
Еще в школе он проявил незаурядные математические способности, самостоятельно изучая высшую математику и только что опубликованную работу Альберта Эйнштейна по общей теории относительности.
С 1918 г. Вольфганг Паули учится в Мюнхенском университете под руководством известного физика Арнольда Зоммерфельда. 1921 г., получив докторскую степень, работает в Геттингенском университете ассистентом у Макса Борна и Джеймса Франко, а в 1922- 1923 гг. в Институте теоретической физики в Копенгагене ассистентом у Нильса Бора .
1923 г. Паули становится ассистент-профессором теоретической физики в Гамбургском университете, где в 1924 г. для объяснения сверхтонкой структуры спектральных линий выдвигает гипотезу ядерного спина, предложив теорию существования спинового и магнитного моментов ядер. В течение 1924 - 1925 гг. он сформулировал один из важных принципов современной теоретической физики, согласно которому две тождественные частички с полуцелыми спинами не могут находиться в одном состоянии - принцип Паули . Объяснил парамагнетизм электронного газа в металле (1927) , структуру электронных оболочек атомов, 1927 г. ввел в новую квантовую механику спин, а для описания спина электрона - матрицы (спиновые матрицы Паули) создает также теорию спина электрона.
1928 г. Вольфганга Паули избирают профессором Федерального технологического института в Цюрихе, где он работает до конца жизни, за исключением двух периодов, проведенных в Соединенных Штатах Америки: 1935 - 1936 гг. - лектор в Институте фундаментальных исследований в Принстоне (штат Нью-Джерси) и 1940- 1946 гг. - заведующий кафедры теоретической физики того же института. 1929 г. вместе с Вернером Гейзенбергом Паули сделал попытку формулирования квантовой электродинамики, введя общую схему квантования полей, чем заложил основы системной теории квантования поля. Объяснил сверхтонкую структуру атомных спектров (1928) .
1931 г. Вольфганг Паули выдвинул гипотезу относительно существования нейтрино и сформулировал (1933) главные его свойства. Зарегистрировать нейтрино прибегнуло лишь 1956 г.
1940 г. он доказал теорему о связи статистики и спина, 1941 г. показал, что закон сохранения электрического заряда связан с инвариантностью относительно калибровочних преобразований.
1945 г. Паули было награждено Нобелевской премией в области физики «за открытия принципа запрета, который еще называют принципом Паули».
1946 г. Вольфганг Паули стал швейцарским гражданином. Он никогда не припускался нечетких аргументов и неглубоких суждений, подвергая собственные работы бескомпромиссному критическому анализу, за что коллеги называли его «совестью физики». 1955 г. ученый сформулировал окончательный вариант теоремы, которая отображает симметрии элементарных частичек.
Нильс Бор: «Прогресс физики в нашем столетии характеризуется не только расширением круга познания, но главным образом и построением новых теоретических основ для анализа и синтеза экспериментальных данных. Вольфганг Паули… внес в этот прогресс огромный вклад не только собственными выдающимися работами, но и тем вдохновением и воодушевлением, которые мы все от него получали».
Макс Борн: «Паули… общепризнан как наиболее критичный, логически и математически требовательный среди ученых, которые внесли вклад в квантовую механику».
Вольфганг Эрнест Паули родился 25 апреля 1900 года в Вене, в семье известного профессора фармакологии Вольфганга Йозефа Паули. Очень рано заметив исключительные математические способности сына, отец всячески стремился их развить. Мать, Берта Паули, журналистка по профессии, старалась воспитать у него любовь к музыке.
Они оба преуспели в своих стремлениях. Паули‑гимназист прекрасно разбирался в астрономии, любил находить ошибки в читаемых им научно‑фантастических романах, например у Жюля Верна. Исключительные математические способности у мальчика обнаружились рано. Быстро освоив школьный курс, он изучил высшую математику. Еще в школе он познакомился и с трудами Эйнштейна и проникся его идеями.
Восемнадцатилетний юноша, только что закончивший с отличием гимназию, отослал в немецкий журнал «Physikalische Zeitschrift» свою первую оригинальную статью об энергии гравитационного поля, которая и была опубликована в 1919 году.
В Мюнхенском университете он стал одним из любимых учеников Зоммерфельда, который поручил ему, студенту 2‑го курса, написать обзор по теории относительности для физического тома математической энциклопедии. Этот том увидел свет в 1921 году и сразу сделал имя Паули известным среди физиков.
Сам Эйнштейн дал восторженную оценку этой статьи Паули: «Тот, кто будет читать эту зрелую и тщательно продуманную работу, вряд ли поверит, что ее автору всего двадцать один год. Неизвестно, чему следует удивляться больше: глубокому психологическому пониманию хода развития идей, безупречности математических выводов, глубокому проникновению в физическую сущность явлений, способности ясно и систематически излагать предмет, эрудиции, полноте изложения, уверенности критика».
С 1921 по 1928 год Паули работал в Геттингене у Борна, в Гамбурге, Копенгагене у Бора и снова в Гамбурге. В школе Зоммерфельда Паули рано заинтересовался атомной физикой. Первая его статья относится к 1920 году и была посвящена исследованию диамагнетизма одноатомных газов. Для диамагнитной восприимчивости Паули получил формулу, сохранившуюся и в квантовой механике.
Но главной темой своего исследования Паули избрал аномальный эффект Зеемана – расщепление спектральных линий в магнитном поле. В те годы эта проблема стала средоточием всех трудностей старой квантовой теории. Это очень образно выразил как‑то сам Паули. Когда в Копенгагене его спросили, почему он выглядит таким удрученным, последовал ответ: «Как может выглядеть счастливым человек, если он думает об аномальном эффекте Зеемана?»
Именно Паули сделал решающий шаг, сформировав свой знаменитый «принцип запрета». Впервые принцип Паули был сформулирован в статье «О связи между заполнением групп электронов в атоме и сложной структурой спектров», опубликованной в 1925 году. Этот принцип Паули открыл на основании обобщения громадного эмпирического материала, накопившегося в атомной спектроскопии многоэлектронных элементов (щелочных металлов и инертных газов).
Согласно ему в атоме не может существовать более одного электрона с заданными значениями четырех квантовых чисел, характеризующих энергетический уровень.
Другими словами, если уровень занят одним электроном, то второй уже на этом уровне располагаться не может. Надежда Паули, что в будущем удастся вывести гениально угаданный им принцип из более фундаментальных положений, оправдалась. В квантовой механике принцип Паули можно вывести из принципа тождественности частиц для систем, описываемых антисимметричными волновыми функциями. Сам Паули показал в 1940 году, что эти системы состоят из частиц с полуцелым спином, т е. частиц, подчиняющихся статистике Ферми–Дирака.
Принцип Паули был последним выдающимся достижением доквантовомеханической теории атома. Он стимулировал создание квантовой статистики Ферми и сделал возможным объяснение периодической таблицы Менделеева.
В 1926 году, упростив выкладки Ферми, Паули установил связь между вырождением электронного газа и парамагнетизмом.
«Сразу же после появления матричной механики Гейзенберга возникла задача рассчитать с помощью нового математического аппарата спектр водородоподобных атомов, – пишет А.М. Франк. – Самому Гейзенбергу это не удавалось, и тогда этим занялся Паули. В период, когда техника матричного исчисления только осваивалась физиками, работа оказалась довольно трудной. Но Паули с ней быстро справился, и не только получил правильные значения для энергетических уровней, но и сумел учесть влияние на спектр электрических и магнитных полей. По словам Гейзенберга, его переписка с Паули, критические замечания и вопросы последнего сыграли огромную роль и в установлении принципа неопределенности. На V Сольвеевском конгрессе (Брюссель, 1927) Паули решительно поддержал ту интерпретацию квантовой механики, которая была предложена Бором, а в последующие годы был одним из основателей применения теоретико‑групповых методов в квантовой механике».
Начиная с 1928 года Паули занимал кафедру теоретической физики Высшей технической школы в Цюрихе, став преемником Минковского и Эйнштейна.
К 1929 году построение основ квантовой механики и разработка ее математического толкования были закончены. И Паули с Гейзенбергом взялись за совершенно новую задачу – приложение новых методов квантования к электромагнитному полю. Их пионерская работа положила начало новой по существу науке, а разработанный ими метод широко применялся на протяжении всех последующих лет. Паули и дальше живо интересовался развитием квантовой электродинамики и стимулировал работы в этом направлении.
В начале тридцатых годов Паули, занявшись ядерной физикой и физикой элементарных частиц, сразу же высказал две фундаментальные идеи. Первая относилась к хорошо ему известной области спектроскопии. В докладе на VI Сольвеевском конгрессе (1930) он высказал мысль, что подобно тому как наличие спина электрона объясняет тонкую структуру спектральных линий, так вновь тогда открытая сверхтонкая структура обусловлена взаимодействием орбитального момента электронов с магнитным моментом ядра. В качестве примера Паули детально рассчитал сверхтонкую структуру линий гелия.
Вторая идея еще больше прославила имя Паули. Еще в 1931 году в письме к друзьям, а затем во время дискуссии на VII Сольвеевском конгрессе в 1933 году Паули высказал предположение, что помимо электрона при бета‑распаде испускается еще одна частица, которая уносит часть энергии. Эта частица (хотя она и электрически нейтральна) – не гамма‑квант и обладает очень высокой проникающей способностью. После открытия в 1932 году Дж. Чедвиком нейтрона эту гипотетическую частицу стали называть нейтрино.
В последующие годы Паули занимался главным образом квантовой теорией поля, едиными теориями поля, мезонной теорией ядерных сил, теорией элементарных частиц, опубликовал по этим вопросам около 30 статей и несколько книг.
Во время Второй мировой войны он работает в Принстоне, в Институте высших исследований, где в то время трудились Эйнштейн и Бор. В 1945 году «за открытие принципа запрета, который называют также принципом Паули» теоретику была присуждена Нобелевская премия по физике.
После войны Паули снова работает в Цюрихе на посту профессора Федерального технологического института. В 1946 году ученый принял швейцарское гражданство.
В последний период своей деятельности Паули интересовался физикой высоких энергий. Он близко сходится с великим психоаналитиком К. Юнгом.
Пытливый ум Паули охватывал очень разные области деятельности. Его многосторонность, широчайшая эрудиция проявились в целом ряде исследований по истории физики, философским вопросам современного естествознания, психологии научного творчества.
Барбара Клайн в своей книге «В поисках» пишет: «Внешне он очень напоминал Будду, но Будду, в глазах которого светился ум. В научных спорах Паули был бесподобен. Для него никакого значения не имело правильное решение проблем, если доказательство не получалось лаконичным, полным и логически безупречным. Его научные труды… являлись продуктом энергичного длительного процесса мышления, во время которого доказательство оттачивалось снова и снова, пока не начинало удовлетворять его придирчивым требованиям… Он подвергал сомнению абсолютно все. Он был безжалостен, бесчувствен, язвителен, но очень часто – полезен. Бор и Гейзенберг очень ценили критические замечания Паули, хотя они часто бывали весьма болезненными для самолюбия. Их восхищала неистовая честность ученого. Бор сравнивал Паули со скалой в разбушевавшемся море…»
