(1900-1958) Швајцарски теоретски физичар, основач на квантната механика

Волфганг Паули е роден во Виена. Неговиот татко, Џозеф Паули, бил познат физичар и биохемичар, професор на Универзитетот во Виена. Мајката на идниот научник, Берта Паули, беше познат писател и театарски критичар. Кум на идниот научник беше познатиот физичар и филозоф Ернст Мах.

Како дете, Волфганг Паули сонувал да стане актер и многу студирал музика со својата помлада сестра, која подоцна навистина го избрала актерското поле. Сепак, по совет на наставниците кои ги забележале математичките способности на момчето, тој влегол на Универзитетот во Минхен, каде што студирал на семинар под водство на познатиот физичар Арнолд Зомерфелд. Во 1921 година, младиот човек дипломирал на универзитетот.

Но, Волфганг Паули почна сериозно да се занимава со наука благодарение на шансата. Еден познаник на професорот по математика на Сомерфелд, Феликс Клајн, побарал од него да напише статија за теоријата на релативноста за математичка енциклопедија објавена во Германија. Поради презафатениот распоред, Зомерфелд му ја доверил оваа работа на Паули.

Тој напишал „статија“ од 250 страници која Зомерфелд ја испратил на преглед до Алберт Ајнштајн. По неговите позитивни повратни информации, Паули го одбрани ова дело како магистерски труд. Само една година потоа тој ја поднесе својата докторска дисертација за одбрана, по чија успешна одбрана замина во Гетинген, каде што започна наставно-истражувачка дејност.

Сепак, Волфганг Паули не остана долго во Гетинген. Во 1922 година се преселил во Копенхаген и станал асистент на Нилс Бор. Таму, еден млад физичар почна да ги проучува атомските спектри. Проучувајќи ги, Паули направил важни дополнувања на теоријата за атомот предложена од Н. Бор. Конкретно, тој дошол до заклучок дека би било поправилно да се зборува не за орбитите во кои електроните се вртат околу атомското јадро, туку за обвивките што ги формираат околу него.

Покрај тоа, Волфганг Паули покажа дека секоја таква обвивка може да содржи строго дефиниран број на електрони.

Откако овој теоретски модел беше потврден со делата на Ервин Шредингер, Вернер Хајзенберг и Пол Дирак, стана јасно дека работата на Волфганг Паули отвори нов правец во физиката, кој беше наречен квантна механика, а најважниот квантно механички принцип беше наречен принципот на Паули. Младиот научник дошол до своите откритија кога бил доцент на Универзитетот во Хамбург.

Во 1928 година, Волфганг Паули ја напуштил Германија и се преселил во Швајцарија, каде што започнал да работи во Технолошкиот институт во Цирих. Во 1930 година објавил статија во која докажал дека при распаѓањето на атомското јадро, покрај електроните и неутроните, треба да се појави уште една нерегистрирана честичка. Ова откритие беше потврдено години подоцна, по неговото откритие од Енрико Ферми, кој го нарече неутрино.

Волфганг Паули ги помина годините на Втората светска војна во САД. Таму бил во 1945 година и дознал дека ја добил Нобеловата награда за физика. Откако го добил во 1946 година, Паули се вратил во Швајцарија, каде што живеел до крајот на својот живот.

Имајќи големи услуги во областа на физиката, тој истовремено уживаше и репутација на човек кој носи разни несреќи. Рекоа дека штом се појавил во лабораторија таму почнале секакви дефекти и несреќи.

Навистина, секој што го познаваше Волфганг Паули ја забележа неговата ретка неспособност да направи нешто со свои раце. Сите работи во неговата куќа ги водела неговата втора сопруга Франциска Бертранд. Неговиот најблизок пријател и партнер за рекреација бил познатиот германски филозоф Карл Јунг.

Волфганг Паули влезе во историјата на науката не само како теоретичар, туку и како мислител кој се трудеше длабоко да навлезе во историјата и филозофијата на научната мисла и објави голем број значајни трудови на оваа тема.

Австриско-швајцарскиот физичар Волфганг Ернст Паули е роден во Виена. Неговиот татко, Волфганг Јозеф Паули, бил познат физичар и биохемичар, професор по колоидна хемија на Универзитетот во Виена. Неговата мајка, Берта (не. Шуц) Паули, беше писателка поврзана со виенските театарски и новинарски кругови. Херта, помладата сестра на Паули, стана актерка и писателка. Ернст Мах, познатиот физичар и филозоф, му бил кум. Во средното училиште во Виена, Паули покажал извонредна математичка способност, но, сметајќи дека училницата е здодевна, тој сам се префрлил на учење на виша математика и затоа веднаш го прочитал штотуку објавеното дело на Алберт Ајнштајн за општата релативност.

Во 1918 година Паули влегол на Универзитетот во Минхен, каде што студирал под водство на познатиот физичар Арнолд Зомерфелд. Во тоа време, германскиот математичар Феликс Клајн беше зафатен со објавување на математичка енциклопедија. Клајн побарал од Зомерфелд да напише преглед на општата и специјалната теорија на релативноста на Ајнштајн, а Зомерфелд, пак, побарал од 20-годишниот Паули да ја напише оваа статија. Тој брзо напиша статија од 250 страници, која Зомерфелд ја опиша како „едноставно маестрална“, а Ајнштајн ја пофали.

Во 1921 година, по завршувањето на својата докторска дисертација за теоријата на молекулата на водородот и докторирањето во најкус можен рок за универзитетот, Паули заминал во Гетинген, каде што започнал научно истражување со Макс Борн и Џејмс Френк. На крајот на 1922 година работел во Копенхаген како помошник на Нилс Бор. Работата под раководство на Зомерфелд, Борн, Френк и Бор го разбудила интересот на Паули за новото поле на физиката - квантната теорија, која ги проучувала атомот и субатомските честички, а тој целосно се нурнал во проблемите со кои се соочуваат физичарите од оваа област.

Иако принципите на класичната физика дадоа задоволително објаснување за однесувањето на макроскопските физички системи, обидите да се применат истите принципи на феномени од атомски размери пропаднаа. Нуклеарниот модел на атомот, според кој електроните ротирале во орбитите околу централното јадро, изгледал особено комплициран. Според принципите на класичната физика, електроните кои орбитираат мора континуирано да испуштаат електромагнетно зрачење, додека губат енергија и спирално се приближуваат до јадрото. Во 1913 година, Бор сугерираше дека електроните не можат постојано да емитуваат зрачење, бидејќи тие мора да бидат во нивните дозволени орбити; сите средни орбити се забранети. Електронот може да емитува или апсорбира зрачење само со правење квантен скок од една дозволена орбита до друга.

Боровиот модел делумно се базираше на проучување на атомските спектри. Кога елементот се загрева и се претвора во гасовита или пареа состојба, тој емитира светлина со карактеристичен спектар. Овој спектар не е континуиран регион на бои како оној на Сонцето, туку се состои од низа светли линии со специфични бранови должини одделени со пошироки темни области. Боровиот атомски модел ја објасни суштината на атомските спектри: секоја линија ја претставува светлината што ја емитува атомот кога електроните се движат од една дозволена орбита до друга орбита со помала енергија. Покрај тоа, моделот правилно ги предвидел повеќето карактеристики на наједноставниот атомски спектар, водородниот спектар. Во исто време, овој модел беше помалку успешен во опишувањето на спектрите на посложените атоми.

Уште два значајни недостатоци на Боровиот модел му помогнаа на Паули последователно да го даде својот значаен придонес во квантната теорија. Прво, овој модел не можеше да објасни некои од суптилните детали во водородниот спектар. На пример, кога атомскиот гас бил ставен во магнетно поле, некои спектрални линии се поделиле на неколку тесно распоредени линии - ефект првпат откриен од Питер Земан во 1896 година. Сепак, уште поважно, стабилноста на електронските орбити не била целосно објаснета. И покрај тоа што се сметаше за очигледно дека електроните не можат да се спирализираат на јадрото, постојано емитувајќи зрачење, немаше јасна причина зошто тие не треба да се спуштаат во скокови, да се движат од една дозволена орбита во друга и да се собираат заедно во најниска енергетска состојба.

Во 1923 година Паули станал асистент по теоретска физика на Универзитетот во Хамбург. Овде, на почетокот на 1925 година, тој се занимаваше со теоретски студии за структурата на атомите и нивното однесување во магнетните полиња, развивајќи ја теоријата на Земановиот ефект и други видови спектрално разделување. Тој сугерираше дека електроните имаат својство што Самуел Гаудсмит и Џорџ Уленбек подоцна го нарекоа спин, или внатрешен аголен моментум. Во магнетно поле, спинот на електронот има две можни ориентации: оската на спин може да биде насочена во иста насока како полето или во спротивна насока. Орбиталното движење на електронот во атомот дефинира друга оска, која може да се ориентира на различни начини во зависност од применетото надворешно поле. Различните можни комбинации на спин и орбитални ориентации се малку различни енергетски, што доведува до зголемување на бројот на состојби на атомска енергија. Транзициите на електрон од секое од овие поднивоа до некоја друга орбита одговараат на малку различни бранови должини на светлината, што го објаснува финото расцепување на спектралните линии.

Набргу откако Паули го претстави ова својство на електронот со „двовредност“, тој аналитички објасни зошто сите електрони во атомот не заземаат најниско енергетско ниво. Во Боровиот модел, кој тој го подобри, дозволените енергетски состојби, или орбити, на електроните во атомот се опишани со четири квантни броеви за секој електрон. Овие бројки го одредуваат основното енергетско ниво на електронот, неговиот орбитален аголен момент, неговиот магнетен момент и (ова беше придонесот на Паули) ориентацијата на неговиот спин. Секој од овие квантни броеви може да земе само одредени вредности, згора на тоа, дозволени се само некои комбинации на овие вредности. Тој формулираше закон кој стана познат како принципот на исклучување на Паули, според кој ниту еден два електрона во еден систем не може да има ист збир на квантни броеви. Значи, секоја обвивка во атом може да содржи само ограничен број електронски орбити, утврдени со дозволените вредности на квантните броеви.

Принципот на исклучување на Паули игра фундаментална улога во разбирањето на структурата и однесувањето на атомите, атомските јадра, својствата на металите и другите физички феномени. Тој ја објаснува хемиската интеракција на елементите и нивното претходно неразбирливо распоредување во периодниот систем. Самиот Паули го користел принципот на исклучување со цел да ги разбере магнетните својства на едноставните метали и некои гасови.

Набргу откако Паули го формулираше својот принцип на исклучување, квантната теорија доби солидна теоретска основа благодарение на работата на Ервин Шредингер, Вернер Хајзенберг и П.А.М.Дирак. Теоретскиот апарат што го користеле за да ги опишат атомските и субатомските системи станал наречен квантна механика. Боровиот атомски модел беше заменет со квантен механички модел, кој беше поуспешен во предвидувањето на спектрите и другите атомски феномени. Достигнувањата на Паули ја проширија квантната механика на области како што се физиката на честичките со висока енергија и интеракцијата на честичките со светлината и другите форми на електромагнетни полиња. Овие области станаа познати како релативистичка квантна електродинамика.

Во 1928 година, Паули го наследил Питер Деби како професор на Федералниот институт за технологија во Цирих, каде што останал до крајот на својот живот, со исклучок на два периоди во Соединетите Држави; учебната 1935/36 година ја поминал како визитинг предавач на Институтот за основни истражувања во Принстон, Њу Џерси и за време на Втората светска војна, кога стравувајќи дека Германија ќе ја нападне Швајцарија, се вратил во истиот институт каде раководел со Катедрата за теоретска физика. од 1940 до 1946 година

Во 30-тите. тој даде уште еден важен придонес во физиката. Набљудувањата на бета распаѓањето на атомските јадра, во кои неутронот во јадрото испушта електрон, претворајќи се во протон, открија очигледно прекршување на законот за зачувување на енергијата: откако ќе се земат предвид сите регистрирани производи на распаѓање, енергијата по распаѓањето се претвори да биде помала од нејзината вредност пред распаѓањето. Во 1930 година, Паули изнесе хипотеза според која се претпоставува дека за време на таквото распаѓање се испушта некоја неевидентирана честичка (која Енрико Ферми ја нарече неутрино), носејќи ја изгубената енергија, додека законот за зачувување на аголниот моментум остана на сила. . На крајот, неутрината беа откриени во 1956 година.

Во 1945 година Паули ја доби Нобеловата награда за физика „за откривање на принципот на исклучување, кој исто така се нарекува Паули принцип на исклучување“. Тој не беше присутен на церемонијата на доделување, а вработен во Американската амбасада во Стокхолм ја прими во негово име.

Паули станал швајцарски државјанин во 1946. Во својата понатамошна работа, тој се обидел да ги расветли проблемите на интеракцијата на високоенергетските честички и силите со кои тие комуницираат, т.е. работеше во областа на физиката што сега се нарекува физика со висока енергија, или физика на честички. Тој, исто така, направи длабинска студија за улогата што симетријата ја игра во физиката на честички. Поседувајќи навистина фантастични способности и способност длабоко да навлезе во суштината на физичките проблеми, тој беше нетолерантен на нејасни расправии и површни проценки. Тој го подложи сопственото дело на таква безмилосна критика што неговите публикации се практично без грешки. Колегите го нарекоа „совест на физиката“.

По разводот по краткиот и несреќен прв брак, Паули се омажи за Франциска Бертрам во 1934 година. Со длабок интерес за филозофијата и психологијата, тој уживаше во разговорите со неговиот пријател C.G. Jung. Тој, исто така, ги почитуваше уметноста, музиката и театарот. За време на одморот сакал да плива, да талка низ планините и шумите во Швајцарија. Интелектуалните способности на Паули беа во остра дисонанца со неговата „способност“ да работи со рацете. Неговите колеги се шегуваа на сметка на мистериозниот ефект Паули, кога самото присуство на низок и дебел научник во лабораторијата се чинеше дека предизвикува секакви дефекти и несреќи. Во почетокот на декември 1958 година, Паули се разболе и наскоро, на 15 декември, почина.

Покрај Нобеловата награда, Паули беше награден со медал на Институтот Франклин Франклин (1952) и Медал на Макс Планк на Германското физичко друштво (1958). Бил член на Швајцарското физичко друштво, Американското физичко друштво, Американското здружение за основни науки и странски член

• Универзитетот во Хамбург
• Универзитетот во Гетинген
• Швајцарската виша техничка школа во Цирих

Волфганг Ернст Паули(германски Волфганг Ернст Паули; 25 април, Виена - 15 декември, Цирих) бил швајцарски теоретски физичар кој работел на полето на физиката на честичките и квантната механика. Добитник на Нобеловата награда за физика за 1945 година.

Биографија

Семејство и раните години

Волфганг Паули е роден во Виена во семејството на лекарот и професор по хемија Волфганг Јозеф Паули (1869-1955), од угледното прашко еврејско семејство Пашелес ( Пашелес). Во 1898 година, неговиот татко го променил презимето во Паули, а следната година, непосредно пред бракот, преминал во католичка вера. Мајката на Волфганг Паули е новинарката Берта Камила Паули (родено Шуц, 1878-1927), ќерка на новинарот и драматург Фридрих Шуц. Семејството имало и помлада сестра, Герт Паули (1909-1973). Паули го добил своето второ име во чест на неговиот кум, физичарот и филозоф Ернст Мах, кој бил учител на таткото на Паули во Прага.

Во 1910-1918 година студирал во престижната виенска федерална гимназија Деблингер, каде се стекнал со репутација како чудо од дете. Се раскажува дека еднаш на часот по физика, наставникот направил грешка на таблата што не можел да ја најде и во очај викал: „Паули, конечно кажи ми која е грешката! Веројатно сте го нашле одамна“. Соучениците на Паули ја вклучија и идната Нобелова награда за хемија Ричард Кун во 1938 година.

Образованието и почетокот на научната дејност

Во есента 1918 година, Волфганг влезе на Универзитетот во Минхен, а познатиот физичар Арнолд Зомерфелд стана негов ментор. На барање на Зомерфелд, 20-годишниот Паули напиша опширна рецензија за Физичката енциклопедија за општата релативност и оваа монографија останува класика до ден-денес. Сеевропската слава на Паули започнува со ова дело. Понатаму, сепак, темите на неговата работа се однесуваа главно на брзо-развивачката квантна механика и поврзаните проблеми на атомската физика. Меѓу учениците на Зомерфелд бил и Вернер Хајзенберг, кој станал близок пријател со Паули.

Во 1921 година, Паули ја одбранил својата дисертација, по што добил покана да стане асистент на Макс Борн и се преселил во Гетинген. Една година подоцна (1922) Паули накратко предавал во Хамбург, а потоа, на покана на Нилс Бор, го посетил во Копенхаген и интензивно разговарал со Бор за можните објаснувања за аномалниот Земан ефект. Во 1923 година се вратил во Хамбург,

Признание и последниве години

Волфганг Паули во годината на Нобеловата награда (1945)

Најдобриот час на Паули дојде во 1925 година, кога откри нов квантен број (подоцна наречен спин) и го формулираше фундаменталниот принцип на исклучување на Паули, кој ја објасни структурата на електронските обвивки на атомите.

На крајот на 1920-тите, имаше тешка криза во личниот живот на Паули. Во 1927 година, неговата мајка изврши самоубиство. Таткото повторно се оженил, а неговиот однос со синот значително се влошил. Во 1929 година, Паули се омажи за балерината Кат Депнер ( Кети Маргарет Депнер), сопругата набрзо отишла кај нејзиниот стар пријател, а во 1930 година парот се разделил. Паули почна да се чувствува депресивно, токму тогаш започна комуникација со психоаналитичарот Карл Густав Јунг, нагло раскина со католичката религија и почна да злоупотребува алкохол.

Во 1928 година, Паули заминува во Швајцарија, каде што бил назначен за професор на Вишата техничка школа во Цирих. Во 1930 година, Паули ја поставил претпоставката за постоење на неутрино со елементарна честичка, што станало негов втор најважен придонес во атомската физика. Оваа сеопфатна честичка беше експериментално откриена само 26 години подоцна, за време на животот на Паули. Во летото 1931 година, Паули за прв пат ги посети Соединетите Држави, а потоа отиде на меѓународниот конгрес за нуклеарна физика во Рим; таму, како што се присети со гадење, мораше да му подаде рака на Мусолини.

Во 1933 година Паули повторно се оженил - со Френк Бертрам ( Франциска „Франка“ Бертрам, 1901-1987), овој сојуз се покажа како поуспешен од првиот, иако сопружниците немаа деца.

Останатите 12 години од животот на Паули беа посветени на развојот на квантната теорија на полето и наставата. Студенти од многу земји доаѓаа да ги слушаат неговите предавања, а самиот Паули патуваше многу низ Европа со извештаи и предавања. Во 1945 година на научникот му беше доделена Нобеловата награда за физика, по што (1949) швајцарските власти го признаа како швајцарски државјанин (американско државјанство доби дури пред да замине, во јануари 1946 година). Неколку пати (1949, 1953 и 1958 година) тој повторно го посети Принстон (се шегува „Се вратив за да изгубам тежина“), таму разговараше за физичките проблеми со оние колеги кои не се осмелија да се вратат во Европа по војната.

Во 1958 година, Паули беше награден со Медалот Макс Планк, во декември истата година почина од рак во Цирих.

Научни достигнувања

Паули даде значаен придонес за модерната физика, особено за физиката на микросветот. Бројот на објавени дела од него е релативно мал, тој секогаш претпочитал интензивна размена на писма со своите колеги, особено со блиските пријатели Нилс Бор и Вернер Хајзенберг. Поради оваа причина, многу од неговите идеи се наоѓаат само во овие писма, кои честопати се пренесувале. Сепак, неговите главни достигнувања се нашироко познати:

Во 1921 година, Паули беше првиот што го предложи „Бор магнетонот“ како единица за мерење на магнетниот момент.

Во 1926 година, кратко време по објавувањето на Хајзенберг за матричната репрезентација на квантната механика, Паули успешно ја примени оваа теорија за да го опише набљудуваниот спектар на водород, вклучувајќи го и ефектот Старк. Ова стана силен аргумент за прифаќање на теоријата на Хајзенберг. Работата на Паули и Хајзенберг во доцните 1920-ти ги постави темелите за две нови науки кои наскоро се појавија - теорија на квантно поле и физика на цврста состојба.

Во 1930 година, Паули ја објави хипотезата за постоењето на неутрина. Тој сфатил дека при бета распаѓањето на неутронот во протон и електрон, законите за зачувување на енергијата и импулсот можат да се исполнат само ако се испушти друга, досега непозната честичка. Бидејќи во тој момент во времето беше невозможно да се докаже постоењето на оваа честичка, Паули го постулираше постоењето на непозната честичка. Италијанскиот физичар Енрико Ферми подоцна ја нарекол оваа честичка „неутрон“: неутрино. Експерименталните докази за постоењето на неутрина се појавија дури во 1956 година.

Лични квалитети

На полето на физиката, Паули бил познат како перфекционист. Притоа, тој не се ограничи само на сопствените дела, туку и безмилосно ги критикуваше грешките на своите колеги. Тој стана „совест на физиката“, честопати нарекувајќи ги делата „целосно неточни“ или коментираше вака: „Ова не само што е погрешно, туку не достигнува ни ниво на грешка!“ Во круговите на неговите колеги се појави шега за ова: „По смртта на Паули, тој добива публика кај Бога. Паули го прашува Бога зошто константата на фината структура е 1/137. Бог кимнува, оди до таблата и почнува да пишува равенка по равенка со страшна брзина. Паули најпрво гледа со големо задоволство, но набрзо почнува силно и решително да одмавнува со главата.

Паули беше познат и по тоа што во негово присуство чувствителна експериментална опрема честопати одеднаш излегуваше од функција. Овој феномен е познат како Паули ефект.

Дијалог Паули - Јунг

Помалку позната област на неговата работа, која е внимателно проучувана само од 1990 година, произлезе од соработката со психологот Карл Густав Јунг. Од нивната кореспонденција, која и двајцата научници ја воделе од 1932 до 1958 година, станува јасно дека Паули го поседува најголемиот дел од концептот на синхроничност, кој го вовел Ц.Г. Јунг, и, покрај тоа, дел од разјаснувањето на концептите на колективното несвесно и архетипи кои се од огромно значење.за делата на Јунг.

Суштински дел од овој дијалог е и денес психофизичкиот проблем кој сè уште не е решен, обединувањето на колективното психо со материјата, длабоките корени на внатрешниот свет на личноста со надворешниот свет, што Јунг го назначи како unus mundus(еден свет) и Паули како психофизичка реалност на единството.

Сегашната состојба на анализата на неговите белешки покажува дека студиите на Паули не биле само од чисто академски интерес, туку потекнуваат од длабоко вкоренети лични искуства - егзистенцијални размислувања за архетипот на „духот на материјата“.

Награди и сеќавање

• 1931: Награден со медал Лоренц.
• 1945: по физика.
• 1950: Избран за член на Американската академија за уметности и науки.
• 1958: Награден со Медал Макс Планк.

Спомен знак во Гетинген

Алеја во 14-та област во Виена ( Волфганг-Поли-Гасе) и улица во кампусот во Цирих ( Волфганг-Поли-Штрасе). Во чест на научникот, во Гетинген беше подигнат спомен знак ( Волфганг-Поли-Вег).

ПОЛИ ВОЛФГАНГ

(1900 - 1958)

Познатиот швајцарско-австриски физичар Волфганг Ернст Паули е роден на 25 април 1900 година во Виена во семејството на Волфганг Џозеф Паули и Берта Паули (родено Шуц).

Таткото на идниот научник бил познат физичар и биохемичар, професор по колоидна хемија на Медицинскиот факултет на Универзитетот во Виена. Потекнувал од прашко еврејско семејство, но подоцна се преобратил во католичка вера. Мајката на Волфганг била поврзана со виенскиот боемски свет, била пријателка со многу посетители на театарот и новинари, таа самата била мајстор на перото. Волфганг Ернст Паули го доби своето средно име во чест на неговиот бог-вујко, физичар и филозоф Ернст Мах.

Децата во семејството Паули се покажаа како многу талентирани: помладата сестра на Волфганг стана актерка, а Волфганг стана светски познат научник.

Родителите го испратија Волфганг да учи во федералната гимназија во Виена. Соученик на Паули во гимназијата беше идниот нобеловец, Ричард Кун, кој ја доби оваа награда за хемија во 1938 година. Талентите на Паули во математиката веќе беа очигледни во неговите рани години. Наскоро, откако самостојно ја проучувал гимназиската програма, тој се префрлил на изучување на вишата математика.

Во гимназијата, Волфганг се заинтересирал за работата на Алберт Ајнштајн за општата релативност. На 18-годишна возраст, идниот научник дипломирал гимназија. Во тоа време, тој веќе имаше објавена статија посветена на проблемот со енергијата на гравитационото поле.

Во 1918 година, младиот Паули влегол на Универзитетот во Минхен, каде што студирал под водство на познатиот физичар Арнолд Зомерфелд. Зомерфелд се сметаше за основач на минхенската школа за теоретска физика. Откако дознал за интересот на Паули за теоријата на релативноста, тој му препорачал на својот студент да продолжи со истражување во оваа област. Веќе следната година, светот виде две дела од Паули, посветени на можностите за генерализирање на општата теорија на релативноста.

Во 1920 година, пријателот на Зомерфелд, германскиот математичар Феликс Клајн, ја подготвувал публикацијата на „Енциклопедија на математички науки“. Клајн побарал од Зомерфелд да ја разгледа теоријата на релативноста на Ајнштајн, кој пак му наложил на 20-годишниот Паули да го подготви трудот. По некое време, написот лежеше на бирото на Зомерфелд. Во него авторот ја анализирал Ајнштајновата општа и специјална теорија на релативност на 250 страници! Откако ја прочитал статијата, Зомерфелд ја опишал како „едноставно маестрална“. Последователно, оваа статија-монографија стана класика. Многупати е објавена како посебна книга во различни земји.

Кога написот дојде пред очите на Ајнштајн, тој, пофалувајќи го Паули, не знаеше за што повеќе да се изненади - што авторот напишал толку зрела книга на 21-годишна возраст или колку длабоко успеал да го разбере развојот на идејата и навлегување во физичката суштина на појавите.

Од 1920 година, младиот научник почна да се интересира за микрокосмосот на атомите и спектрите. Во 1921 година, под водство на Зомерфелд, успешно ја одбранил докторската дисертација за проучување на молекулата на водородот и докторирал.

Во истата година, Паули реши да продолжи со своето научно истражување и да учи од најпаметните луѓе од тоа време. Тој отиде во Гетинген, каде што стана асистент на Макс Борн на Катедрата за теоретска физика на Универзитетот во Гетинген. Паули исто така работел со Џејмс Френк во неговата лабораторија во Гетинген.

На крајот на 1922 година, откако работел во Швајцарија, Паули се преселил во Копенхаген, каде што станал асистент на „генијот од ерата“ Нилс Бор на Институтот за теориска физика. Покрај научните истражувања, Паули му помогна на Бор да ја преведе својата работа на германски. Асистентот на Бор, Паули, работел до 1923 година, кога му била понудена позицијата доцент по теоретска физика на Универзитетот во Хамбург.

Соработката со Зомерфелд, Борн, Френк и Бор предизвика кај младиот научник уште поголем интерес за микросветот на атомите и субатомските честички - во квантната теорија.

Во 1924 година, Паули формулираше еден од најважните закони на физиката на микросветот, кој го носи неговото име. На ова му претходеа голем број извонредни откритија од тоа време.

Откако брилијантниот физичар Радерфорд во 1911 година го разви планетарниот модел на атомот, се појавија нови прашања во врска со феномените на атомските проблеми. Според постулатите на класичната физика, електроните лоцирани во орбитите околу централното јадро мора постојано да испуштаат електромагнетно зрачење. Во исто време, тие мора да изгубат енергија и, почитувајќи ја привлечноста на јадрото, да му пристапат спирално.

Во 1913 година, Бор му ја претстави на светот својата теорија, која вели дека електроните можат да бидат само во одредени орбити. Како резултат на тоа, тие не можат постојано да испуштаат зрачење. Електронот може да се движи од една до друга орбита само во случај на квантен скок.

Со помош на Боровиот модел, беше можно да се предвидат карактеристичните карактеристики на наједноставните атомски спектри, на пример, спектарот на водород. Но, не беше можно да се примени моделот за описот на сложените атоми.

Бор не дал јасно објаснување за стабилноста на електронските орбити. Иако беше јасно дека електроните не можат да се вртат спирално на јадрото, воопшто не е јасно зошто тоа е невозможно како резултат на транзиција слична на скок од една дозволена орбита во друга.

Во 1924 година, Паули го воведе концептот на „нов степен на слобода“ во квантната механика. Следната година, Г. Уленбек и С. Гудсмит го дефинираа како спин на електрон.

Паули го предложил принципот на исклучување, според кој две идентични честички со спин од половина цел број (нивниот аголен моментум) не можат истовремено да бидат во иста состојба. Формулиран за електрони во атом, принципот на Паули подоцна беше проширен на сите честички со спин од половина цел број (фермиони). Електроните имаат спин со половина цел број. Забраната на Паули не се однесуваше на други честички со спин со цел број.

Според принципот на Паули, спинот има две можни ориентации во магнетно поле: оската на центрифугата може да биде насочена во иста насока како полето или во спротивна насока. Самото движење на електронот долж неговата орбита во атомот одредува уште една оска, чија ориентација зависи од применетото надворешно поле. Бидејќи постојат различни комбинации на ориентации (спин и орбитални), ова го објаснува постоењето на голем број состојби на атомска енергија.

Во неговите последователни трудови, Паули покажа дека принципот на исклучување е последица на врската помеѓу спинот и статистиката Ферми-Дирак што постои во релативистичката квантна механика, а исто така даде аналитичко оправдување зошто електроните не заземаат најниско ниво на енергија во атом. За да го направи ова, тој мораше да го подобри моделот на Бор.

Научникот сугерираше дека орбитите на електроните во атомот се опишани со четири квантни броеви за секој електрон. Овие бројки се користат за одредување на основното енергетско ниво на електронот, неговиот орбитален аголен моментум, неговиот магнетен момент и ориентацијата на неговиот спин. Било кој од овие квантни броеви може да преземе една од одредени вредности, додека постојат само некои комбинации од овие вредности. Врз основа на принципот на исклучување на Паули, ниту еден два електрона во системот не може да има исти множества на квантни броеви, а која било од обвивките на атомот го содржи бројот на орбити утврдени со вредностите на квантните броеви.

Принципот на исклучување, развиен од Паули, одигра голема улога во разбирањето на законите што ја регулираат структурата и однесувањето на електронските обвивки на атомите, атомските јадра и молекуларните спектри.

Принципот на исклучување, исто така, лежи во основата на статистиката на Ферми - Дирак, која одигра важна улога во разбирањето на физиката на микросветот. Благодарение на него, беше развиена квантната теорија на цврсти материи, како и беше утврдена статистика за електронскиот гас, што беше основа за објаснување на топлинските, магнетните и електричните својства на цврстите материи.

Благодарение на работата на Паули, беше објаснет системот на распоред на елементите во периодниот систем и нивната хемиска интеракција.

Заедно со Шредингер, Хајзенберг, Бор и Дирак, Паули го развил теоретскиот апарат што се користи за опишување на атомски и субатомски системи. Откако Хајзенберг предложи матрична претстава на квантната механика во 1926 година, Паули ја искористи за да го опише набљудуваниот спектар на водород.

Како резултат на истражувањето на овие научници, беше создаден квантен механички модел на атомот. Благодарение на напорите на Паули, квантната механика ја најде својата примена во областите на науката кои ја проучуваат физиката на честичките со висока енергија и интеракцијата на честичките со светлината и другите форми на електромагнетни полиња. Подоцна, овие области од физиката станале наречени релативистичка квантна електродинамика.

Во 1927 година, Паули предложил генерализација на Шредингеровата равенка опишувајќи честички со спин од половина цел број и вовел спинори за да го опишат спинот на електронот.

Откако научникот ја презеде функцијата професор на Федералниот политехнички институт во Цирих во 1928 година, кругот на неговите научни интереси значително се прошири. Паули се заинтересирал за физиката на цврстата состојба, особено за проблемите на дија- и парамагнетизмот, теоријата на квантното поле и физиката на елементарните честички.

Како професор на Институтот во Цирих останал до својата смрт, со исклучок на два периода поминати од научникот во Соединетите Американски Држави.

Во 1930 година, Паули направи уште едно брилијантно откритие. Бројни студии за бета распаѓање, спроведени во 1930-тите, доведоа многу научници до заклучок дека вкупната енергија на производите на распаѓање на неутронот - електрон и протон - е помала од енергијата на неутронот пред распаѓањето. Ова значеше дека во некои моменти во микросветот не се исполнуваат законите за зачувување на енергијата и моментумот. Паули силно се спротивстави на оваа идеја. Во своето писмо до учесниците на семинарот во Тибинген, тој сугерираше дека производите за бета распаѓање вклучуваат уште една непозната честичка. Бидејќи во тоа време беше невозможно експериментално да се докаже постоењето на честичка, научникот постави хипотеза дека таа има слаб полнеж и затоа не може да се регистрира.

Неможноста да се регистрира честичката ја објаснува загубата на енергија. До 1933 година, Паули ги формулираше основните својства на честичката што Енрико Ферми ја нарече неутрино. Беше можно експериментално да се докаже постоењето на неутрина само дваесет години подоцна - во 1956 година.

Во 1940 година, научникот ја докажал теоремата за поврзаноста помеѓу спинот и статистиката.

Плашејќи се дека германските трупи ќе ја нападнат Швајцарија, научникот ја прифатил поканата од Универзитетот Принстон во 1941 година и се преселил во САД. До 1946 година, Паули работеше во Принстон како професор на Институтот за фундаментални истражувања, раководејќи го Катедрата за теориска физика.

Во 1945 година, „за откривање на принципот на исклучување, кој исто така се нарекува принцип на исклучување на Паули“, научникот ја доби Нобеловата награда за физика. Паули не отпатувал во Стокхолм за доделувањето на наградата, а тоа му било предадено преку вработен во американската амбасада. Следната година, научникот го испратил своето Нобелово предавање „Принципот на исклучување и квантната механика“ во Стокхолм, во кое ја сумирал својата работа во областа на квантната механика, вклучувајќи го и развојот на принципот на Паули.

Во 1946 година, нобеловецот се вратил во Цирих, каде што го прифатил швајцарското државјанство и продолжил да предава на Политехничкиот институт во Цирих.

Во своите последни дела, брилијантниот научник развил физика на честички и спроведе истражување за интеракцијата на честичките со висока енергија и силите на заемно дејство.

Нилс Бор го нарече својот млад колега „чиста совест на физиката“, бидејќи Паули бил немилосрден и премногу критичен и кон сопствената работа и кон работата на своите колеги. Дури и работата на неговите пријатели доби од него окарактеризација како „целосно погрешна“ или „не само погрешна, туку и не достигнувајќи го нивото на грешка!“. За време на неговиот живот, тој стана протагонист на многу анегдоти. Гласините велат дека откако Хајзенберг му ја претставил својата нова теорија на Паули, тој добил писмо од Паули некое време подоцна. Во писмото беше нацртан квадрат со ознака „Можам да цртам како Тицијан“, а на дното на писмото со мал ракопис пишуваше: „Недостасуваат само деталите“.

Познатиот научник беше стопроцентен теоретичар. Се шпекулираше дека веднаш штом влегол во истражувачката лабораторија, чувствителната електронска опрема веднаш откажала. Овој „ефект на Паули“, кој исто така стана светски познат, беше вклучен во разни збирки од категоријата „физичарите се шегуваат“.

Меѓу многуте случаи поврзани со ефектот Паули, имаше еден. Еднаш во лабораторијата на Џејмс Френк во Гетинген, скапа инсталација беше уништена од неочекувана експлозија. Како што се испостави подоцна, експлозијата се случила во исто време кога возот во кој Паули патувал од Цирих за Копенхаген запрел на неколку минути во Гетинген.

Првиот брак на познатиот научник беше неуспешен. Во 1934 година повторно се оженил - со Френсис Бертрам. Двојката сакаше да слуша музика, присуствуваше на театарот.

Осамените долги прошетки на Паули станаа говор на градот. Тој исто така уживал во риболов и планинарење на Алпите.

Еден од најдобрите пријатели на научникот бил светски познатиот психолог Карл Густав Јунг, со кого Паули активно се допишувал од 1923 година до неговата смрт. Нивната кореспонденција откри дека лавовскиот дел од објаснувањето на Јунг за синхроничност е всушност на Паули. Покрај тоа, научникот беше заинтересиран за архетипи, концептот на колективното несвесно, споредбата на внатрешниот свет на една личност со надворешниот свет, израснат во делата на Јунг.

Во 1918 година, г.. П. влегол на Универзитетот во Минхен, каде што студирал под водство на познатиот физичар Арнолд Зомерфелд. Во тоа време, германскиот математичар Феликс Клајн беше зафатен со објавување на математичка енциклопедија. Клајн го замолил Зомерфелд да напише преглед на општата и специјалната теорија на релативноста на Ајнштајн, а Зомерфелд, пак, побарал од 20-годишниот П. да ја напише оваа статија. мајсторски“, а пофалил Ајнштајн.

Во 1921 година, по завршувањето на својата докторска дисертација за теоријата на молекулата на водородот и докторирањето во најкус можен рок за универзитетот, П. На крајот на 1922 година работел во Копенхаген како помошник на Нилс Бор. Работата под водство на Зомерфелд, Борн, Френк и Бор го разбудила интересот на П. за новото поле на физиката - квантната теорија, која ги проучувала атомот и субатомските честички, а тој целосно се нурнал во проблемите со кои се соочуваат физичарите од оваа област.

Иако принципите на класичната физика дадоа задоволително објаснување за однесувањето на макроскопските физички системи, обидите да се применат истите принципи на феномени од атомски размери пропаднаа. Нуклеарниот модел на атомот, според кој електроните ротирале во орбитите околу централното јадро, изгледал особено комплициран. Според принципите на класичната физика, електроните кои орбитираат мора континуирано да испуштаат електромагнетно зрачење, додека губат енергија и спирално се приближуваат до јадрото. Во 1913 година, Бор сугерираше дека електроните не можат постојано да емитуваат зрачење, бидејќи тие мора да бидат во нивните дозволени орбити; сите средни орбити се забранети. Електронот може да емитува или апсорбира зрачење само со правење квантен скок од една дозволена орбита до друга.

Боровиот модел делумно се базираше на проучување на атомските спектри. Кога елементот се загрева и се претвора во гасовита или пареа состојба, тој емитира светлина со карактеристичен спектар. Овој спектар не е континуиран регион на бои како оној на Сонцето, туку се состои од низа светли линии со специфични бранови должини одделени со пошироки темни области. Боровиот атомски модел ја објасни суштината на атомските спектри: секоја линија ја претставува светлината што ја емитува атомот кога електроните се движат од една дозволена орбита до друга орбита со помала енергија. Покрај тоа, моделот правилно ги предвидел повеќето карактеристики на наједноставниот атомски спектар, водородниот спектар. Во исто време, овој модел беше помалку успешен во опишувањето на спектрите на посложените атоми.

Уште два значајни недостатоци на Боровиот модел му помогнаа на П. во иднина да даде значителен придонес во квантната теорија. Прво, овој модел не можеше да објасни некои од суптилните детали во водородниот спектар. На пример, кога атомскиот гас бил ставен во магнетно поле, некои спектрални линии се поделиле на неколку тесно распоредени линии - ефект првпат откриен од Питер Земан во 1896 година. Сепак, уште поважно, стабилноста на електронските орбити не била целосно објаснета. И покрај тоа што се сметаше за очигледно дека електроните не можат да се спирализираат на јадрото, постојано емитувајќи зрачење, немаше јасна причина зошто тие не треба да се спуштаат во скокови, да се движат од една дозволена орбита во друга и да се собираат заедно во најниска енергетска состојба.

Во 1923 година, г.. П. стана доцент по теоретска физика на Универзитетот во Хамбург. Овде, на почетокот на 1925 година, тој се занимаваше со теоретски студии за структурата на атомите и нивното однесување во магнетните полиња, развивајќи ја теоријата на Земановиот ефект и други видови спектрално разделување. Тој сугерираше дека електроните имаат својство што Самуел Гаудсмит и Џорџ Уленбек подоцна го нарекоа спин, или внатрешен аголен моментум. Во магнетно поле, спинот на електронот има две можни ориентации: оската на спин може да биде насочена во иста насока како полето или во спротивна насока. Орбиталното движење на електронот во атомот дефинира друга оска, која може да се ориентира на различни начини во зависност од применетото надворешно поле. Различните можни комбинации на спин и орбитални ориентации се малку различни енергетски, што доведува до зголемување на бројот на состојби на атомска енергија. Транзициите на електрон од секое од овие поднивоа до некоја друга орбита одговараат на малку различни бранови должини на светлината, што го објаснува финото расцепување на спектралните линии.

Набргу откако П. воведе такво својство на електронот со „двовредност“, тој аналитички објасни зошто сите електрони во атомот не заземаат најниско енергетско ниво. Во Боровиот модел, кој тој го подобри, дозволените енергетски состојби, или орбити, на електроните во атомот се опишани со четири квантни броеви за секој електрон. Овие бројки го одредуваат основното енергетско ниво на електронот, неговиот орбитален аголен момент, неговиот магнетен момент и (ова беше придонесот на P.) ориентацијата на неговиот спин. Секој од овие квантни броеви може да земе само одредени вредности, згора на тоа, дозволени се само некои комбинации на овие вредности. Тој формулираше закон кој стана познат како принципот на исклучување на Паули, според кој ниту еден два електрона во еден систем не може да има ист збир на квантни броеви. Значи, секоја обвивка во атом може да содржи само ограничен број електронски орбити, утврдени со дозволените вредности на квантните броеви.

Принципот на исклучување на Паули игра фундаментална улога во разбирањето на структурата и однесувањето на атомите, атомските јадра, својствата на металите и другите физички феномени. Тој ја објаснува хемиската интеракција на елементите и нивното претходно неразбирливо распоредување во периодниот систем. Самиот P. го користел принципот на исклучување со цел да ги разбере магнетните својства на едноставни метали и некои гасови.

Најдоброто од денот

Набргу откако П. го формулирал својот принцип на исклучување, квантната теорија добила солидна теоретска основа благодарение на делата на Ервин Шредингер, Вернер Хајзенберг и П.А.М. Дирак. Теоретскиот апарат што го користеле за да ги опишат атомските и субатомските системи станал наречен квантна механика. Боровиот атомски модел беше заменет со квантен механички модел, кој беше поуспешен во предвидувањето на спектрите и другите атомски феномени. Што се однесува до достигнувањата на П., тие овозможија да се прошири квантната механика на области како што се физиката на честичките со висока енергија и интеракцијата на честичките со светлината и другите форми на електромагнетни полиња. Овие области станаа познати како релативистичка квантна електродинамика.

Во 1928 г.. П. учебната 1935/36 година ја поминал како визитинг предавач на Институтот за основни истражувања во Принстон, Њу Џерси и за време на Втората светска војна, кога плашејќи се дека Германија ќе ја нападне Швајцарија, се вратил во истиот институт каде раководел со Катедрата за теоретски. Физика од 1940 до 1946 година

Во 30-тите. тој даде уште еден важен придонес во физиката. Набљудувањата на бета распаѓањето на атомските јадра, во кои неутронот во јадрото испушта електрон, претворајќи се во исто време во протон, открија очигледно прекршување на законот за зачувување на енергијата: откако ќе се земат предвид сите регистрирани производи на распаѓање , енергијата по распаѓањето се покажа дека е помала од нејзината вредност пред распаѓањето. Во 1930 година, П. изнесе хипотеза според која се претпоставува дека при такво распаѓање се испушта некоја нерегистрирана честичка (која Енрико Ферми ја нарече неутрино), носејќи ја изгубената енергија и додека законот за зачувување на аголниот моментум останува во сила. На крајот, неутрината беа откриени во 1956 година.

Во 1945 година, г.. П. ја доби Нобеловата награда за физика „за откривање на принципот на исклучување, кој исто така се нарекува Паули принцип на исклучување“. Тој не бил присутен на доделувањето, а во негово име го примил вработен во американската амбасада во Стокхолм.Во нобеловата предавање испратена во Стокхолм следната година, П. ја сумирал својата работа на принципот на исклучување и квантната механика.

П. станал швајцарски државјанин во 1946. Во својата понатамошна работа, тој се обидел да ги расветли проблемите на интеракцијата на високоенергетските честички и силите со кои тие комуницираат, т.е. работеше во областа на физиката што сега се нарекува физика со висока енергија, или физика на честички. Тој, исто така, направи длабинска студија за улогата што симетријата ја игра во физиката на честички. Поседувајќи навистина фантастични способности и способност длабоко да навлезе во суштината на физичките проблеми, тој беше нетолерантен на нејасни расправии и површни проценки. Тој го подложи сопственото дело на таква безмилосна критика што неговите публикации се практично без грешки. Колегите го нарекоа „совест на физиката“.

По разводот што следеше по краткиот и несреќен прв брак, П. во 1934 година се ожени со Френсис Бертрам. Имајќи длабок интерес за филозофијата и психологијата, тој уживаше во разговорите со неговиот пријател К.Г. Јунг. Тој, исто така, ги почитуваше уметноста, музиката и театарот. За време на одморот сакал да плива, да талка низ планините и шумите во Швајцарија. Интелектуалните способности на П. беа во остра дисонанца со неговата „способност“ да работи со раце. Неговите колеги се шегуваа на сметка на мистериозниот ефект Паули, кога самото присуство на низок и дебел научник во лабораторијата се чинеше дека предизвикува секакви дефекти и несреќи. Во почетокот на декември 1958 година, П. се разболел и наскоро, на 15 декември, починал.

Покрај Нобеловата награда, П. беше награден со медал на Институтот Франклин Франклин (1952) и Медал на Макс Планк на Германското физичко друштво (1958). Бил член на Швајцарското физичко друштво, на Американското физичко друштво, на Американското здружение за основни науки и странски член на Кралското друштво од Лондон.