Вольфганг Паули - Wolfgang Pauli

Вольфганг Эрнст Паули
Pauli.jpg
Родился
Вольфганг Эрнст Паули

( 1900-04-25 )25 апреля 1900 г.
Умер 15 декабря 1958 г. (1958-12-15)(58 лет)
Цюрих , Швейцария
Гражданство Австрия
США
Швейцария
Альма-матер Университет Людвига-Максимилиана
Известен
Награды
Научная карьера
Поля Теоретическая физика
Учреждения Геттингенский
университет Копенгагенский
университет Гамбургский университет
ETH Цюрихский
институт перспективных исследований
Тезис О модели молекулярных ионов водорода  (1921 г.)
Докторант Арнольд Зоммерфельд
Другие научные консультанты Макс Борн
Докторанты
Другие известные студенты
Влияния
Под влиянием
Примечания
Его крестным отцом был Эрнст Мах . Его не следует путать с Вольфгангом Полем , который называл Паули своей «мнимой частью», каламбур с мнимой единицей i .

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

биография

Ранние годы и философское образование

Паули родился в Вене в семье химика Вольфганга Йозефа Паули ( урожденный Вольф Пашелес, 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 выходцами из известных еврейских семей Праги ; его прадедом был еврейский издатель Вольф Пашелес . Мать Паули, Берта Шютц, выросла в католической религии своей матери; ее отцом был еврейский писатель Фридрих Шютц . Паули вырос как католик , хотя в конце концов он и его родители покинули Церковь.

Pauli присутствовал Döblinger -Gymnasium в Вене, который окончил с отличием в 1918 г. Два месяца спустя он опубликовал свою первую статью , на Альберт Эйнштейн теории «s в общей теории относительности . Он учился в Университете Людвига-Максимилиана в Мюнхене, работая под руководством Арнольда Зоммерфельда , где в июле 1921 года получил докторскую степень за диссертацию по квантовой теории ионизированного двухатомного водорода ( H+
2
).

Зоммерфельд попросил Паули пересмотреть теорию относительности для Encyklopädie der Mathematischen Wissenschaften ( Энциклопедия математических наук ). Через два месяца после получения докторской степени Паули завершил статью, объем которой составил 237 страниц. Эйнштейн хвалил это; опубликованный в виде монографии , он остается стандартным справочником по данной теме.

Вольфганг Паули читает лекции

Паули провел год в Геттингенском 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 . Он также написал статью по коллоидной химии и медицине в 1924 году.

В 1928 году Паули был назначен профессором теоретической физики в Высшей технической школе Цюриха в Швейцарии. В 1930 году он был награжден медалью Лоренца . В 1931 году он занимал должности приглашенных профессоров в Мичиганском университете и в Институте перспективных исследований в Принстоне в 1935 году.

В конце 1930 года, вскоре после постулирования нейтрино, 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 . Юнг немедленно начал интерпретировать глубоко архетипические сны Паули, основанные на И-Цзин , и Паули стал одним из лучших учеников Юнга. Вскоре он начал критиковать эпистемологию теории Юнга с научной точки зрения, и это способствовало определенному прояснению идей Юнга, особенно о синхронности . Многие из этих обсуждений задокументированы в письмах Паули / Юнга, которые сегодня опубликованы 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 это «единственным введением в квантовую механику для взрослых».

Немецкая аннексия Австрии в 1938 году сделала Pauli гражданин Германии, который стал для него проблем в 1939 году после Второй мировой войны. В 1940 году он тщетно пытался получить швейцарское гражданство, что позволило бы ему остаться в ETH.

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 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 комнаты?» Оно было 137. Всю свою жизнь Паули был озабочен вопросом, почему постоянная тонкой структуры , безразмерная фундаментальная постоянная, имеет значение, почти равное 1/137. Паули умер в этой комнате 15 декабря 1958 года.

Научное исследование

Паули как физик внес много важных вкладов, 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 которым 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 получателями. 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 владел немецким языком.

Паули предложил в 1924 году новую квантовую степень свободы (или квантовое число ) с двумя возможными значениями, чтобы устранить несоответствия между наблюдаемыми молекулярными спектрами и развивающейся теорией квантовой механики. Он сформулировал принцип исключения Паули, возможно, его самую важную работу, в которой утверждалось, что никакие два электрона не могут существовать в одном квантовом состоянии, определяемом четырьмя квантовыми числами, включая его новую двузначную степень свободы. Идея вращения возникла у Ральфа Кронига . Годом позже Джордж Уленбек и Сэмюэл Гаудсмит определили новую степень свободы Паули как спин электрона , в который Паули долгое время ошибочно отказывался верить.

В 1926 году, вскоре после того, как Гейзенберг опубликовал теорию матрицы современной квантовой механики , Паули использовал его , чтобы получить наблюдаемый спектр из атома водорода . Этот результат был важен для обеспечения достоверности теории Гейзенберга.

Паули ввел матрицы Паули 2 × 2 в качестве основы спиновых операторов, тем самым решив нерелятивистскую теорию спина. Иногда говорят, что эта работа, включая уравнение Паули , повлияла на Поля Дирака при создании уравнения Дирака для релятивистского электрона, хотя Дирак сказал, что в то время он сам независимо изобрел те же самые матрицы. Дирак изобрел похожие, но более крупные (4x4) спиновые матрицы 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. Начиная со слов « Дорогие радиоактивные дамы и господа », он предположил существование до сих пор ненаблюдаемой нейтральной частицы с небольшой массой, не более 1% массы протона, чтобы объяснить непрерывный спектр бета-распада. В 1934 году Энрико Ферми включил частицу, которую он назвал нейтрино , «маленькая нейтральная» на итальянском языке Ферми, в свою теорию бета-распада. Нейтрино было впервые экспериментально подтверждено в 1956 году Фредериком Райнсом 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 повторно вывел теорему спиновой статистики , важный 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 для методов, которые модифицируют бесконечные математические интегралы, чтобы сделать их конечными во время вычислений, чтобы можно было определить, действительно ли бесконечные величины в теории (масса, заряд, волновая функция ) образуют конечный и, следовательно, вычисляемый набор, который может быть переопределен в терминах их экспериментальных значений, этот критерий называется перенормировкой и который удаляет бесконечности из квантовых теорий поля , но также, что важно, позволяет вычислять поправки более высокого порядка в теории возмущений.

Pauli неоднократно направляло критику современного синтеза в эволюционной биологии , и его современные поклонники указывают на режимы эпигенетической наследственности как поддерживая его аргументы.

Паули был избран иностранным членом Королевского общества (ForMemRS) в 1953 году . В 1958 году он стал иностранным членом Королевской Нидерландской академии искусств и наук .

Личность и дружба

Вольфганг Паули, ок. 1924 г.

Эффект Паули был назван в честь его необычной анекдотической способности ломать экспериментальное оборудование, просто находясь поблизости от него. Паули знал о своей репутации и радовался, когда эффект Паули проявлялся. Эти странные явления соответствовали его противоречивым исследованиям законности парапсихологии , особенно его сотрудничеству с К.Г. Юнгом по вопросу о синхронности . Макс Борн считал Паули «только сопоставимым с самим Эйнштейном ... возможно, даже лучше». 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 физика», критик, перед которым несли ответственность его коллеги. Он мог язвительно отвергать любую теорию, которой он находил недостающую, часто называя ее ganz falsch «совершенно неправильной».

Но это не была его самая суровая критика, которую он приберег для теорий или тезисов, представленных настолько нечетко, что они не поддаются проверке или не поддаются оценке и, таким образом, не принадлежат должным образом к сфере науки, даже если выдают себя за них. Они были хуже, чем неправы, потому что их нельзя было доказать. Как известно, однажды он сказал о такой непонятной статье: «Это даже не так

Его предполагаемое замечание при встрече с другим ведущим физиком, Полем Эренфестом , иллюстрирует это представление о высокомерном Паули. Они впервые встретились на конференции. Эренфест был знаком с бумагами Паули и весьма впечатлен ими. После нескольких минут разговора Эренфест заметил: «Думаю, мне нравится ваша статья в Энциклопедии [по теории относительности] больше, чем мне нравится», 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.

Несколько более теплая картина вырисовывается из этой истории, представленной в статье о Дираке:

Вернер Гейзенберг [в Physics and Beyond , 1971] вспоминает дружеский разговор молодых участников Сольвеевской конференции 1927 года о взглядах Эйнштейна и Планка на религию. В нем приняли участие Вольфганг Паули, Гейзенберг и Дирак. Вклад Дирака был острой и ясной критикой политического манипулирования религией, которая была высоко оценена Бором 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 поскольку честность ученых является нашей точной обязанностью, - мы не можем не признать, что любая религия - это совокупность ложных утверждений, лишенных каких-либо реальных Основание. Сама идея Бога является продуктом человеческого воображения. [...] Я не признаю никаких религиозных мифов, по крайней мере потому, что они противоречат друг другу. [...] "Точка зрения Гейзенберга была терпимой. Паули промолчал после нескольких первоначальных замечаний. Но когда, наконец, его спросили, что он думает, он в шутку сказал: «Ну, я бы сказал, что также у нашего друга Дирака есть религия, и первая заповедь этой религии -« Бога не существует, и Поль Дирак - его пророк ». ". Все расхохотались, включая Дирака.

Многие идеи и результаты Паули никогда не публиковались и появлялись только в его письмах, которые часто копировались и распространялись получателями. Возможно, Паули не беспокоило то, что большая часть его работ, таким образом, осталась незарегистрированной, 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 просто «помощником 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 оказалась несостоятельной, что подтвердило критику Паули.

Философия

В своих обсуждениях с Карлом Юнгом Паули разработал онтологическую теорию, получившую название «Гипотеза Паули – Юнга» и считавшуюся своего рода теорией двойственного аспекта . 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 может объяснить разрыв между разумом и материей, и писал: «Мы должны постулировать космический порядок природы, неподвластный нашему контролю, которому подчиняются как внешние материальные объекты, так и внутренние образы».

Паули и Юнг считали, что эта реальность регулируется общими принципами (« архетипами »), которые проявляются как психологические явления или как физические события. Они также считали, что синхронности могут раскрыть некоторые из работы этой лежащей в основе реальности.

Личная жизнь

Бюст Вольфганга Паули (1962)

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

Считается, что он был деистом и мистиком .

Библиография

  • Паули, Вольфганг; Юнг, CG (1955). Интерпретация природы и психики . Ishi Press . ISBN 978-4-87187-713-8.
  • Паули, Вольфганг (1981). Теория относительности . Нью-Йорк: Dover Publications . ISBN 978-0-486-64152-2.
  • Паули, Вольфганг; Юнг, CG (2001). CA Мейер (ред.). Атом и архетип, Письма Паули / Юнга, 1932–1958 . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета . ISBN 978-0-691012-07-0.

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки