Вольфганг Паули

Эта статья об австрийском физике. О немецком физике, получившем Нобелевскую премию в 1989 году, см. Вольфганг Пауль .

Вольфганг Эрнст Паули
Паули в 1945 году
Рожденный	Вольфганг Эрнст Паули ( 1900-04-25 ) 25 апреля 1900 г. Вена , Австро-Венгрия
Умер	15 декабря 1958 г. (1958-12-15) (58 лет) Цюрих , Швейцария
Гражданство	Австрия Соединенные Штаты Швейцария
Альма-матер	Мюнхенский университет
Известный	Принцип исключения Паули Матрицы Паули эффект Паули уравнение Паули Группа Паули Паули отталкивание Парамагнетизм Паули Гипотеза Паули Функция Паули – Жордана Гипотеза Паули-Юнга Псевдовектор Паули – Любанского Регуляризация Паули – Виллара Тождества Фирца–Паули–Кофинка Теорема Людерса–Паули Принцип конструкции Огромная гравитация Нейтрино Квантовая теория поля
Родственники	Вольфганг Йозеф Паули (отец) Герта Паули (сестра)
Награды	Медаль Лоренца (1931 г.) Нобелевская премия по физике (1945 г.) Медаль Франклина (1952 г.) ФорМемРС (1953) Медаль Маттеуччи (1956) Медаль Макса Планка (1958)
Научная карьера
Поля	Теоретическая физика
Учреждения	Геттингенский университет Копенгагенский университет Гамбургский университет ETH Цюрих Институт перспективных исследований
Тезис	О модели молекулярного иона водорода  (1921)
Докторантура	Арнольд Зоммерфельд
Другие научные консультанты	Макс Борн
Докторанты	Николас Кеммер Хосе Лейте Лопес Феликс Вилларс Чарльз Энц
Другие известные студенты	Маркус Фирц Сигурд Зинау Ганс Фрауэнфельдер Гуннар Каллин
Подпись
Примечания
Его крестным отцом был Эрнст Мах . Его не следует путать с Вольфгангом Паулем , который называл Паули своей «воображаемой частью». игра слов с воображаемой единицей i .

Вольфганг ( / ˈpɔːli ɔː Эрнст / ; Паули Немецкий: [ˈvɔlfɡaŋ ˈpaʊli] ; 25 апреля 1900 — 15 декабря 1958) — австрийский физик-теоретик и один из пионеров квантовой физики . выдвинул эту кандидатуру В 1945 году, после того как Альберт Эйнштейн , Паули получил Нобелевскую премию по физике за «решающий вклад в открытие нового закона природы, принципа исключения или принципа Паули ». Открытие касалось теории спина , которая является основой теории строения материи .

Ранняя жизнь

Паули родился в Вене в семье химика Вольфганга Йозефа Паули ( урожденного Вольфа Пашелеса, 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 прадедом был еврейский издатель Вольф Пашелес . Мать Паули, Берта Шютц, была воспитана в католической религии своей матери; ее отцом был еврейский писатель Фридрих Шютц . Паули был воспитан как католик .

Паули посещал Дёблингера гимназию статью в Вене, которую окончил с отличием в 1918 году. Два месяца спустя он опубликовал свою первую по общей Альберта Эйнштейна теории относительности . Он учился в Мюнхенском университете , работая под руководством Арнольда Зоммерфельда . где он получил докторскую степень в июле 1921 года за диссертацию по квантовой теории ионизированного двухатомного водорода ( H ⁺
₂ ).

Карьера

Зоммерфельд попросил Паули сделать обзор теории относительности для Encyklopädie der Mathematischen Wissenschaften ( Энциклопедия математических наук ). Через два месяца после получения докторской степени Паули завершил статью объемом 237 страниц. Эйнштейн похвалил это; опубликованная в виде монографии , она остается стандартным справочником по этой теме.

Вольфганг Паули читает лекции (1929)

Паули провел год в Гёттингенском университете в качестве ассистента Макса Борна , а следующий год — в Институте теоретической физики в Копенгагене (позже Институт Нильса Бора ). С 1923 по 1928 год он был профессором Гамбургского университета . 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 ETH Цюриха в Швейцарии. В 1930 году он был награжден медалью Лоренца . Он занимал должности приглашенного профессора в Мичиганском университете в 1931 году и в Институте перспективных исследований в Принстоне в 1935 году.

Юнг

В конце 1930 года, вскоре после открытия нейтрино и сразу после развода и самоубийства матери, Паули пережил личный кризис. В январе 1932 года он проконсультировался у психиатра и психотерапевта Карла Юнга , который также жил недалеко от Цюриха . сны Паули Юнг немедленно начал интерпретировать глубоко архетипические , и Паули стал соратником Юнга. Вскоре он начал критиковать эпистемологию теории Юнга с научной точки зрения, и это способствовало определенному прояснению идей Юнга, особенно о синхронистичности . Многие из этих дискуссий задокументированы в письмах Паули и Юнга, сегодня опубликованных под названием « Атом и Архетип» . Подробный анализ Юнгом более 400 снов Паули задокументирован в книге «Психология и алхимия» . В 1933 году Паули опубликовал вторую часть своей книги по физике Handbuch der Physik , которая считалась исчерпывающей книгой в новой области квантовой физики. Роберт Оппенгеймер назвал это «единственным введением в квантовую механику для взрослых».

Аннексия Австрии Германией в 1938 году сделала Паули гражданином Германии, что стало для него проблемой в 1939 году, когда разразилась Вторая мировая война. В 1940 году он тщетно пытался получить швейцарское гражданство, которое позволило бы ему остаться в ETH.

США и Швейцария

В 1940 году Паули переехал в США, где работал профессором теоретической физики в Институте перспективных исследований . В 1946 году, после войны, он стал натурализованным гражданином США и вернулся в Цюрих, где в основном оставался до конца своей жизни. В 1949 году он получил швейцарское гражданство.

В 1958 году Паули был награжден медалью Макса Планка . В том же году он заболел раком поджелудочной железы . Когда его последний ассистент Чарльз Энц посетил его в больнице Роткройц в Цюрихе, Паули спросил его: «Вы видели номер палаты?» Это было 137. Всю свою жизнь Паули был озабочен вопросом, почему константа тонкой структуры , безразмерная фундаментальная константа, имеет значение, почти равное 1/137. Паули умер в этой комнате 15 декабря 1958 года.

Научные исследования

Поль Дирак , Вольфганг Паули и Рудольф Пайерлс , ок. 1953 год

Паули сделал много важных вкладов как физик, прежде всего в области квантовой механики . Он редко публиковал статьи, предпочитая длительную переписку с такими коллегами, 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 были опубликованы и появлялись только в его письмах, которые получатели часто копировали и распространяли. В 1921 году Паули работал с Бором над созданием принципа Ауфбау , который описывал накопление электронов в оболочках на основе немецкого слова «наращивание», поскольку Бор также свободно говорил по-немецки.

Паули предложил в 1924 году 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 которой утверждалось, 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 вращения возникла у Ральфа Кронига . Год спустя Джордж Уленбек и Сэмюэл Гаудсмит определили новую степень свободы Паули как электрона спин , в который Паули очень долгое время ошибочно отказывался верить.

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 сыграл важную роль в обеспечении доверия к теории Гейзенберга.

2 × 2 Паули ввел матрицы Паули в качестве основы операторов спина, тем самым решив нерелятивистскую теорию спина. Иногда говорят, что эта работа, включая уравнение Паули , повлияла на Поля Дирака в его создании уравнения Дирака для релятивистского электрона, хотя Дирак говорил, что в то время он сам изобрел эти же матрицы независимо. Дирак изобрел аналогичные, но большего размера (4x4) спиновые матрицы для использования в своей релятивистской трактовке фермионного спина .

В 1930 году Паули рассмотрел проблему бета-распада . В письме от 4 декабря Лизе Мейтнер и др. Начав со слов « Уважаемые радиоактивные дамы и господа », он предположил существование до сих пор не наблюдавшейся нейтральной частицы с небольшой массой, не превышающей 1% массы протона, для объяснения непрерывного спектра бета-распада. В 1934 году Энрико Ферми включил частицу, которую он назвал нейтрино , «маленькой нейтральной» на родном итальянском языке Ферми, в свою теорию бета-распада. Нейтрино было впервые подтверждено экспериментально в 1956 году Фредериком Рейнсом 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».

В 1940 году Паули заново вывел теорему о спиновой статистике — важнейший результат квантовой теории поля, который утверждает, 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, обозначающий методы, которые изменяют бесконечные математические интегралы, чтобы сделать их конечными во время вычислений, чтобы можно было определить, являются ли внутренне бесконечные величины в теории (масса, заряд, волновая функция ) образуют конечный и, следовательно, вычислимый набор, который может быть переопределен с точки зрения их экспериментальных значений, этот критерий называется перенормировкой и который удаляет бесконечности из квантовых теорий поля , но также, что важно, позволяет рассчитывать поправки более высокого порядка в теории возмущений.

Паули неоднократно критиковал современный синтез биологии эволюционной . и его современные поклонники указывают на способы эпигенетической наследственности как на подтверждение его аргументов.

Пол Друде в 1900 году предложил первую теоретическую модель 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: «Festkörperphisik ist eine Schmutzphysk» — физика твердого тела — это физика грязи.

Паули был избран иностранным членом Королевского общества (ForMemRS) в 1953 году и президентом Швейцарского физического общества в 1955 году на два года. В 1958 году он стал иностранным членом Королевской Нидерландской академии искусств и наук .

Личность и дружба

Вольфганг Паули, ок. 1924 год

Эффект Паули был назван в честь его причудливой способности ломать экспериментальное оборудование, просто находясь рядом с ним. Паули знал о своей репутации и радовался каждому проявлению эффекта Паули. Эти странные явления соответствовали его противоречивым исследованиям законности парапсихологии , особенно его сотрудничеству с К.Г. Юнгом по вопросу синхронистичности . Макс Борн считал Паули «только сравнимым с самим Эйнштейном… возможно, даже более великим». Эйнштейн объявил Паули своим «духовным наследником».

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 были подотчетны его коллеги. Он мог резко отвергнуть любую теорию, которую ему не хватало, часто называя ее ganz falsch «совершенно неверной».

Но это была не самая жесткая критика, которую он приберегал для теорий и тезисов, представленных столь неясно, что их нельзя было проверить или оценить и, таким образом, они не принадлежали должным образом к сфере науки, хотя и выдавали себя за таковые. Они были более чем неправы, потому что их неправоту невозможно было доказать. Известно, что он однажды сказал о такой неясной бумаге: «Это даже не неправильно !»

Его предполагаемое замечание при встрече с другим ведущим физиком Паулем Эренфестом иллюстрирует это представление о высокомерном Паули. Они впервые встретились на конференции. Эренфест был знаком с работами Паули и произвел на них большое впечатление. После нескольких минут разговора Эренфест заметил: «Я думаю, что ваша статья в Энциклопедии [о теории относительности] мне нравится больше, чем вы», на что Паули ответил: «Это странно. Что касается меня, то в отношении вас все как раз наоборот». ." С тех пор они стали очень хорошими друзьями.

Из этой истории, которая появляется в статье о Дираке, вырисовывается несколько более теплая картина:

Вернер Гейзенберг [в книге «Физика и не только» , 1971] вспоминает дружескую беседу молодых участников Сольвеевской конференции Эйнштейна и Планка 1927 года о взглядах на религию. В нем приняли участие Вольфганг Паули, Гейзенберг и Дирак. Вклад Дирака представлял собой острую и ясную критику политического манипулирования религией, которую Бор высоко оценил за ее ясность, когда Гейзенберг сообщил ему об этом позже. Среди прочего, Дирак сказал: «Я не могу понять, почему мы праздно обсуждаем религию. Если мы честны – а честность ученых является нашей прямой обязанностью – мы не можем не признать, что любая религия – это набор ложных утверждений, лишенных какой-либо реальной основание. Сама идея Бога есть продукт человеческого воображения. [...] Я не признаю никаких религиозных мифов, хотя бы потому, что они противоречат друг другу. [...]» Взгляд Гейзенберга был терпим. Паули промолчал после некоторых первоначальных замечаний. Но когда, наконец, его спросили, что он думает, он в шутку ответил: «Ну, я бы сказал, что у нашего друга Дирака тоже есть религия, и первая заповедь этой религии гласит: «Бога не существует, и Поль Дирак — его пророк». ". Все рассмеялись, включая Дирака.

Многие идеи и результаты Паули никогда не публиковались и появлялись только в его письмах, которые получатели часто копировали и распространяли. Паули, возможно, не беспокоил тот факт, что большая часть его работ не была указана в титрах, но когда дело дошло до всемирно известной лекции Гейзенберга в Геттингене в 1958 году об их совместной работе над единой теорией поля и пресс-релиза, в котором Паули назывался всего лишь «помощником профессора Гейзенберга», — обиделся Паули, осуждая физические достижения 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 оказалась несостоятельной, что подтвердило критику Паули.

Философия

В своих дискуссиях с Карлом Юнгом Паули разработал онтологическую теорию, получившую название «гипотеза Паули-Юнга» и рассматриваемую как своего рода двуаспектная теория . Теория утверждает, что существует «психофизически нейтральная реальность» и что ментальные и физические аспекты являются производными от этой реальности. Паули считал, что элементы квантовой физики указывают на более глубокую реальность, которая могла бы объяснить разрыв разума и материи, и писал: «Мы должны постулировать космический порядок природы, находящийся вне нашего контроля, которому подчиняются как внешние материальные объекты , так и внутренние образы».

Паули и Юнг считали, что эта реальность управляется общими принципами (« архетипами »), которые проявляются как психологические явления или физические события. Они также считали, что синхронистичность может раскрыть некоторые механизмы работы этой базовой реальности.

Убеждения

Его считают деистом и мистиком . В книге «Не время быть кратким: научная биография Вольфганга Паули» цитируется его письмо историку науки Шмуэлю Самбурскому : «В отличие от монотеистических религий – но в унисон с мистицизмом всех народов, включая еврейский мистицизм – я считаю, что высшая реальность не является личной».

Личная жизнь

Бюст Вольфганга Паули (1962)

В 1929 году Паули женился на Кете Маргарете Деппнер, танцовщице кабаре. Брак оказался несчастливым и менее чем через год закончился разводом. В 1934 году он снова женился на Франциске Бертрам (1901–1987). У них не было детей.

Смерть

Паули умер от рака поджелудочной железы 15 декабря 1958 года в возрасте 58 лет.

Публикации

• Паули В., Общие принципы квантовой механики , Springer , 1980.
• Паули В., Лекции по физике , 6 томов, Дувр , 2000.
  Том 1: Электродинамика
  Том 2: Оптика и теория электронов
  Том 3: Термодинамика и кинетическая теория газов
  Том 4: Статистическая механика
  Том 5: Волновая механика
  Том 6: Избранные темы квантования поля
• Паули В., Мезонная теория ядерных сил , 2-е изд., Interscience Publishers, 1948.
• Паули В., Теория относительности , Дувр , 1981.

Библиография

• Паули, Вольфганг; Юнг, К.Г. (1955). Интерпретация природы и психики . Иши Пресс . ISBN  978-4-87187-713-8 .
• Паули, Вольфганг; Юнг, К.Г. (2001). CA Мейер (ред.). Атом и архетип, Письма Паули/Юнга, 1932–1958 . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета . ISBN  978-0-691012-07-0 .

См. также

• Список еврейских нобелевских лауреатов

Дальнейшее чтение

• Энц, Чарльз П. (2002). Нет времени быть кратким: научная биография Вольфганга Паули . Оксфордский университет. Нажимать. ISBN  978-0-19-856479-9 .
• Энц, Чарльз П. (1995). «Рациональные и иррациональные вещи в жизни Вольфганга Паули». В Х. Атманспехере; и другие. (ред.). Диалог Паули Юнга . Берлин: Springer Verlag .
• Фишер, Эрнст Петер (2004). Мосты в космос. Вольфганг Паули - Пища для размышлений и ночные грезы между ядерной физикой и мировой гармонией . Стрекоза. ISBN  978-3-909081-44-8 .
• Гизер, Сюзанна (2005). Самое внутреннее ядро. Глубинная психология и квантовая физика. Диалог Вольфганга Паули с К.Г. Юнгом . Спрингер Верлаг. ISBN  978-3-540-20856-3 .
• Юнг, К.Г. (1980). Психология и алхимия . Принстон, Нью-Джерси: Princeton Univ. Нажимать.
• Кев, Том (2000). Триада: физики, аналитики, каббалисты . Лондон: Розенбергер и Крауш. ISBN  978-0-9536219-0-3 .
• Линдорф, Дэвид (1994). Паули и Юнг: Встреча двух великих умов . Книги квестов . ISBN  978-0-8356-0887-9 .
• Паис, Авраам (2000). Гений науки . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета . ISBN  978-0-19-850614-0 .
• Энц, П.; Мейенн, Карл, ред. (1994). Вольфганг Паули — Сочинения по физике и философии . Перевод Шлаппа, Роберта. Берлин: Springer Verlag. ISBN  978-3-540-56859-9 .
• Лаурикайнен, К.В. (1988). За пределами атома – Философская мысль Вольфганга Паули . Берлин: Springer Verlag. ISBN  978-0-387-19456-1 .
• Казимир, HBG (1983). Случайная реальность: полвека науки . Нью-Йорк: Харпер и Роу . ISBN  978-0-06-015028-0 .
• Казимир, HBG (1992). Совпадение реальности: полвека физики . Амстердам: Меуленхоф. ISBN  978-90-290-9709-3 .
• Миллер, Артур И. (2009). Расшифровка космического числа: странная дружба Вольфганга Паули и Карла Юнга . Нью-Йорк: WW Norton & Co. ISBN  978-0-393-06532-9 .
• Ремо, Ф. Рот: Возвращение мировой души, Вольфганг Паули, К.Г. Юнг и вызов психофизической реальности [unus mundus], Часть 1: Битва гигантов . Издательство Пари, 2011, ISBN   978-88-95604-12-1 .
• Ремо, Ф. Рот: Возвращение мировой души, Вольфганг Паули, К.Г. Юнг и вызов психофизической реальности [unus mundus], Часть 2: Психофизическая теория . Издательство Пари, 2012, ISBN   978-88-95604-16-9 .

Внешние ссылки

• Публикации Вольфганга Паули и о нем в каталоге Helveticat Швейцарской национальной библиотеки .
• Вольфганг Паули на Nobelprize.org
• Биография Паули в Университете Сент-Эндрюс, Шотландия
• Биография Вольфганга Паули на выставке «Нобелевские лауреаты»
• Вольфганг Паули, Карл Юнг и Мария-Луиза фон Франц
• Виртуальная обзорная выставка жизни и времен Паули.
• Аннотированная библиография Вольфганга Паули из цифровой библиотеки по ядерным вопросам Алсос. Архивировано 28 августа 2006 г. в Wayback Machine.
• Архивы Паули на сервере документов ЦЕРН
• Виртуальная выставка. Архивировано 10 июня 2016 г. в Wayback Machine в ETH-Библиотеке, Цюрих.
• Ключевые участники: Вольфганг Паули – Лайнус Полинг и природа химической связи: документальная история
• Письмо Паули (декабрь 1930 г.). Архивировано 15 марта 2016 г. в Wayback Machine , гипотеза нейтрино (онлайн и проанализирована, для английской версии нажмите «Télécharger»).
• Принцип исключения Паули с Мелвином Брэггом , Фрэнком Клоузом , Микелой Массими , Грэмом Фармело «В наше время, 6 апреля 2017 года»