• Гамбургский университет
• Гёттингенский университет
• Швейцарская высшая техническая школа Цюриха

Во́льфганг Эрнст Па́ули (нем. Wolfgang Ernst Pauli ; 25 апреля , Вена - 15 декабря , Цюрих) - швейцарский физик-теоретик , работавший в области физики элементарных частиц и квантовой механики . Лауреат Нобелевской премии по физике за 1945 год .

Биография

Семья и ранние годы

Вольфганг Паули родился в Вене в семье врача и профессора химии Вольфганга Йозефа Паули (1869-1955), родом из видной пражской еврейской семьи Пасхелес (Pascheles ). В 1898 году отец сменил фамилию на Паули, а в следующем году, незадолго до женитьбы, принял католическую веру . Мать Вольфганга Паули - журналистка Берта Камилла Паули (урождённая Шютц, 1878-1927), дочь журналиста и драматурга Фридриха Шютца . В семье была ещё младшая сестра Герта Паули (1909-1973). Второе имя Паули получил в честь своего крёстного отца, физика и философа Эрнста Маха , который был в Праге учителем Паули-отца .

В 1910-1918 годах учился в престижной венской федеральной гимназии Деблингер, где заслужил репутацию вундеркинда . Рассказывают, что однажды на уроке физики учитель сделал на доске ошибку, которую не смог отыскать, и в отчаянии воззвал: «Паули, ну скажите наконец, в чём ошибка! Вы наверняка уже давно её нашли». Среди одноклассников Паули был будущий лауреат нобелевской премии по химии 1938 года Рихард Кун .

Обучение и начало научной деятельности

Осенью 1918 года Вольфганг поступил в Мюнхенский университет , его наставником стал известный физик Арнольд Зоммерфельд . По просьбе Зоммерфельда 20-летний Паули написал обширный обзор для «Физической энциклопедии», посвящённый общей теории относительности , и эта монография до сих пор остаётся классической. С этой работы начинается общеевропейская известность Паули. Далее, однако, тематика его работ касалась в основном бурно развивающейся квантовой механики и смежных проблем атомной физики . Среди учеников Зоммерфельда был Вернер Гейзенберг , ставший близким другом Паули .

В 1921 году Паули защитил диссертацию, после чего получил приглашение стать ассистентом Макса Борна и переехал в Гёттинген . Год спустя (1922) Паули недолго преподавал в Гамбурге , далее по приглашению Нильса Бора посетил его в Копенгагене и напряжённо обсуждал с Бором возможные объяснения аномального эффекта Зеемана . В 1923 году вернулся в Гамбург,

Признание и последние годы

Вольфганг Паули в год вручения Нобелевской премии (1945)

Звёздный час Паули наступил в 1925 году, когда он открыл новое квантовое число (позднее названное спином) и сформулировал фундаментальный принцип запрета Паули , объяснивший строение электронных оболочек атомов.

В конце 1920-х годов наступил тяжёлый кризис в личной жизни Паули. В 1927 году его мать покончила с собой. Отец повторно женился, и его отношения с сыном заметно ухудшились. В 1929 году Паули женился на балерине Кэте Деппнер (Käthe Margarethe Deppner ), вскоре жена ушла к своему старому приятелю, и в 1930 году супруги разошлись. У Паули началась депрессия, именно тогда он начал общение с психоаналитиком Карлом Густавом Юнгом , резко порвал с католической религией и стал злоупотреблять алкоголем.

В 1928 году Паули уехал в Швейцарию, где был назначен профессором цюрихской Высшей технической школы . В 1930 году Паули выдвинул предположение о существовании элементарной частицы нейтрино , ставшее вторым по значимости его вкладом в атомную физику. Эта всепроникающая частица была экспериментально обнаружена только спустя 26 лет, ещё при жизни Паули. Летом 1931 года Паули впервые посетил США, затем направился на международный конгресс по ядерной физике в Риме; там, как он с отвращением вспоминал, ему пришлось пожать руку Муссолини .

В 1933 году Паули вторично женился - на Франке Бертрам (Franziska „Franca“ Bertram , 1901–1987), этот союз оказался более успешным, чем первый, хотя детей у супругов не было.

Оставшиеся 12 лет жизни Паули были посвящены развитию квантовой теории поля и преподаванию. Послушать его лекции приезжали студенты многих стран, и сам Паули много ездил по Европе с докладами и лекциями. В 1945 году учёный был удостоен Нобелевской премии по физике, после чего (1949) швейцарские власти признали его гражданином Швейцарии (гражданство США он получил только перед выездом, в январе 1946 года). Несколько раз (1949, 1953 и1958 годы) снова побывал в Принстоне (шутил «я вернулся, чтобы похудеть»), там он обсуждал физические проблемы с теми коллегами, которые не решились вернуться в Европу после войны .

В 1958 году Паули был награждён медалью имени Макса Планка , в декабре того же года умер от рака в Цюрихе.

Научные достижения

Паули внёс существенный вклад в современную физику, особенно в физику микромира. Количество опубликованных им работ относительно невелико, он всегда предпочитал интенсивный обмен письмами со своими коллегами, в особенности с близкими друзьями Нильсом Бором и Вернером Гейзенбергом . По этой причине многие из его идей встречаются только в этих письмах, которые часто передавались далее. Всё же главные его достижения получили широкую известность:

В 1921 году Паули первым предложил в качестве единицы измерения магнитного момента «магнетон Бора » .

В 1926 году, вскоре после опубликования Гейзенбергом матричного представления квантовой механики , Паули успешно применил эту теорию для описания наблюдаемого спектра водорода , включая эффект Штарка . Это стало веским аргументом для признания теории Гейзенберга. Работы Паули и Гейзенберга конца 1920-х годов заложили основание появившихся вскоре двух новых наук - квантовой теории поля и физики твёрдого тела .

В 1930 году Паули опубликовал предположение о существовании нейтрино . Он осознал, что при бета-распаде нейтрона на протон и электрон законы сохранения энергии и импульса могут выполняться, только если при этом испускается ещё одна, до тех пор неизвестная частица. Так как в тот момент времени доказать существование этой частицы было невозможно, Паули постулировал существование неизвестной частицы. Итальянский физик Энрико Ферми назвал позже эту частицу «нейтрончик»: нейтрино. Экспериментальное доказательство существования нейтрино появилось только в 1956 году .

Личные качества

В области физики Паули был известен как перфекционист . При этом он не ограничивался только своими работами, но и безжалостно критиковал ошибки своих коллег. Он стал «совестью физики», часто отзывался о работах как о «совсем неверных», либо комментировал примерно так: «Это не только неправильно, это даже не дотягивает до ошибочного!» В кругах его коллег ходила по этому поводу такая шутка: «После смерти Паули удостаивается аудиенции у Бога. Паули спрашивает Бога, почему постоянная тонкой структуры равна 1/137. Бог кивает, идёт к доске и начинает со страшной скоростью писать уравнение за уравнением. Паули смотрит сначала с большой удовлетворённостью, но вскоре начинает сильно и решительно отрицательно качать головой».

Также Паули славился тем, что в его присутствии чувствительная экспериментальная аппаратура часто внезапно выходила из строя. Это явление известно под названием «эффекта Паули» .

Диалог Паули - Юнг

Менее известная область его деятельности, которая пристально изучается только с 1990 года, возникла из сотрудничества с психологом Карлом Густавом Юнгом . Из их переписки, которую оба учёных вели с 1932 до 1958 годы, становится ясным, что Паули принадлежит большая часть понятия синхроничности , которое ввёл К. Г. Юнг, и, кроме того, часть уточнения понятий коллективного бессознательного и архетипов , которые имеют первостепенное значение для работ Юнга.

Существенную часть этого диалога составляет и сегодня ещё не решённая психофизическая проблема , объединение коллективного психо с материей, глубинных корней внутреннего мира человека с внешним миром, что Юнг обозначал как unus mundus (единый мир) и Паули как психофизическую действительность единения.

Современное состояние анализа его записей показывает, что эти занятия Паули имели не только чисто академический интерес, а брали свои истоки из глубоколежащих собственных переживаний - экзистенциальных размышлений об архетипе «дух материи».

Награды и память

• 1931: награждён медалью Лоренца .
• 1945: по физике.
• 1950: избран членом Американской академии искусств и наук .
• 1958: награждён медалью Макса Планка .

Памятный знак в Гёттингене

Именем Паули названы аллея в 14-м округе Вены (Wolfgang-Pauli-Gasse ) и улица в университетском городке Цюриха (Wolfgang-Pauli-Strasse ). В честь учёного в Гёттингене установлен памятный знак (Wolfgang-Pauli-Weg ).

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

Австрийско-швейцарский физик Вольфганг Эрнст Паули родился в Вене. Его отец, Вольфганг Йозеф Паули, был известным физиком и биохимиком, профессором коллоидной химии в Венском университете. Его мать, Берта (в девичестве Шютц) Паули, была писательницей, связанной с венскими театральными и журналистскими кругами. Герта, младшая сестра Паули, стала актрисой и писательницей. Эрнст Мах, знаменитый физик и философ, был его крестным отцом. В средней школе в Вене Паули проявил незаурядные математические способности, однако, находя классные занятия скучными, он переключился на самостоятельное изучение высшей математики и поэтому сразу прочитал только что опубликованную работу Альберта Эйнштейна по общей теории относительности.

В 1918 г. Паули поступил в Мюнхенский университет, где учился под руководством известного физика Арнольда Зоммерфельда . В это время немецкий математик Феликс Клейн был занят изданием математической энциклопедии. Клейн попросил Зоммерфельда написать обзор общей и специальной теории относительности Эйнштейна, а Зоммерфельд в свою очередь попросил написать эту статью 20-летнего Паули. Тот быстро написал статью объемом в 250 страниц, которую Зоммерфельд охарактеризовал как «сделанную просто мастерски», а Эйнштейн похвалил.

В 1921 г., закончив докторскую диссертацию по теории молекулы водорода и получив докторскую степень в кратчайшие для университета сроки, Паули отправился в Гёттинген, где занялся научными исследованиями совместно с Максом Борном и Джеймсом Франком. В конце 1922 г. он в Копенгагене работает в качестве ассистента у Нильса Бора . Работа под руководством Зоммерфельда, Борна, Франка и Бора пробудила у Паули интерес к новой области физики – квантовой теории, которая занималась изучением атома и субатомных частиц, и он полностью погрузился в проблемы, встававшие перед физиками в этой области.

Хотя принципы классической физики позволяли удовлетворительно объяснять поведение макроскопических физических систем, попытки применить те же принципы к явлениям атомного масштаба терпели неудачу. Особенно сложной представлялась ядерная модель атома , по которой электроны вращались по орбитам вокруг центрального ядра. Согласно принципам классической физики, вращающиеся по орбитам электроны должны непрерывно испускать электромагнитные излучения, теряя при этом энергию и приближаясь по спирали к ядру. В 1913 г. Бор предположил, что электроны не могут непрерывно испускать излучение, поскольку они обязаны находиться на своих разрешенных орбитах; все промежуточные орбиты запрещены. Электрон может испустить или поглотить излучение, только сделав квантовый скачок с одной разрешенной орбиты на другую.

Модель Бора частично основывалась на изучении атомных спектров. Когда некий элемент нагревается и переходит в газо- или парообразное состояние, он излучает свет с характерным спектром. Этот спектр не представляет собой непрерывной цветовой области, подобной спектру Солнца, а состоит из последовательности ярких линий определенных длин волн, разделенных более широкими темными участками. Атомная модель Бора объясняла главную суть атомных спектров: каждая линия представляла свет, испускаемый атомом, когда электроны переходят с одной разрешенной орбиты на другую орбиту с более низкой энергией. Более того, модель правильно предсказывала большую часть характерных черт простейшего атомного спектра – спектра водорода. В то же время с помощью этой модели менее успешно описывались спектры более сложных атомов.

Еще два существенных недостатка модели Бора помогли Паули в дальнейшем внести свой значительный вклад в квантовую теорию. Во-первых, эта модель не могла объяснить некоторые тонкие детали в спектре водорода. Например, когда атомный газ помещали в магнитное поле, некоторые спектральные линии расщеплялись на несколько близко расположенных линий – эффект, впервые обнаруженный Питером Зееманом в 1896 г. Более важным, однако, было то, что устойчивость электронных орбит не находила полного объяснения. Хотя считалось очевидным, что электроны не могли падать по спирали на ядро, непрерывно испуская излучение, не было видно явной причины, почему бы им не опускаться скачками, переходя с одной разрешенной орбиты на другую и собираясь вместе в наинизшем энергетическом состоянии.

В 1923 г. Паули стал ассистент-профессором теоретической физики в Гамбургском университете. Здесь он в начале 1925 г. занимался теоретическими исследованиями строения атомов и их поведения в магнитных полях, разрабатывая теорию эффекта Зеемана и других видов спектрального расщепления. Он выдвинул предположение, что электроны обладают неким свойством, которое позже Сэмюэл Гаудсмит и Джордж Уленбек назвали спином, или собственным угловым моментом. В магнитном поле у спина электрона имеются две возможные ориентации: ось спина может быть направлена в ту же сторону, что и поле, или в противоположную сторону. Орбитальное движение электрона в атоме определяет еще одну ось, которая может быть ориентирована по-разному в зависимости от приложенного внешнего поля. Различные возможные комбинации спиновой и орбитальной ориентации слегка отличаются энергетически, что приводит к увеличению числа атомных энергетических состояний. Переходы электрона с каждого из этих подуровней на некоторую другую орбиту соответствуют слегка отличающимся длинам световых волн, чем и объясняется тонкое расщепление спектральных линий.

Вскоре после того, как Паули ввел такое свойство «двузначности» электрона, он аналитически объяснил, почему все электроны в атоме не занимают наинизший энергетический уровень. В усовершенствованной им модели Бора допустимые энергетические состояния, или орбиты, электронов в атоме описываются четырьмя квантовыми числами для каждого электрона. Эти числа определяют основной энергетический уровень электрона, его орбитальный угловой момент, его магнитный момент и (в этом состоял вклад Паули) ориентацию его спина. Каждое из этих квантовых чисел может принимать только определенные значения, более того, допустимы лишь некоторые комбинации данных значений. Он сформулировал закон, который стал известен как принцип запрета Паули и согласно которому никакие два электрона в системе не могут иметь одинаковые наборы квантовых чисел. Так, каждая оболочка в атоме может содержать лишь ограниченное число электронных орбит, определяемых допустимыми значениями квантовых чисел.

Принцип запрета Паули играет фундаментальную роль для понимания строения и поведения атомов, атомных ядер, свойств металлов и других физических явлений. Он объясняет химическое взаимодействие элементов и их прежде непонятное расположение в периодической системе. Сам Паули использовал принцип запрета для того, чтобы понять магнитные свойства простых металлов и некоторых газов.

Вскоре после того, как Паули сформулировал свой принцип запрета, квантовая теория получила солидное теоретическое обоснование благодаря работам Эрвина Шрёдингера , Вернера Гейзенберга и П. А. М. Дирака . Теоретический аппарат, использованный ими для описания атомных и субатомных систем, стал называться квантовой механикой. Атомная модель Бора была заменена квантовомеханической моделью, которая успешнее предсказывала спектры и другие атомные явления. Что касается достижений Паули, то они позволили распространить квантовую механику на такие области, как физика частиц высокой энергии и взаимодействие частиц со светом и другими формами электромагнитных полей. Эти области стали известны как релятивистская квантовая электродинамика.

В 1928 г. Паули сменил Питера Дебая на посту профессора Федерального технологического института в Цюрихе, на котором он оставался до конца жизни, за исключением двух периодов, проведенных в Соединенных Штатах; он провел академический 1935/36 г. в качестве приглашенного лектора в Институте фундаментальных исследований в Принстоне (штат Нью-Джерси) и во время второй мировой войны, когда, опасаясь, что Германия вторгнется в Швейцарию, он вернулся в этот же институт, где возглавлял кафедру теоретической физики с 1940 по 1946 г.

В 30-е гг. он сделал еще один важный вклад в физику. Наблюдения над бета-распадом атомных ядер, при котором нейтрон в ядре испускает электрон, превращаясь при этом в протон, выявили очевидное нарушение закона сохранения энергии: после учета всех зарегистрированных продуктов распада энергия после распада оказывалась меньше своего значения до распада. В 1930 г. Паули выдвинул гипотезу, согласно которой предполагалось, что при таком распаде испускается какая-то незарегистрированная частица (которую Энрико Ферми назвал нейтрино), уносящая потерянную энергию, и при этом закон сохранения момента импульса оставался в силе. В конце концов нейтрино удалось зарегистрировать в 1956 г.

В 1945 г. Паули был награжден Нобелевской премией по физике «за открытие принципа запрета, который называют также принципом запрета Паули». Он не присутствовал на церемонии вручения премии, и ее от его имени получил сотрудник американского посольства в Стокгольме, В Нобелевской лекции, посланной в Стокгольм в следующем году, Паули подвел итоги своих работ, касавшихся принципа запрета и квантовой механики.

Паули стал швейцарским гражданином в 1946 г. В дальнейшей работе он стремился пролить свет на проблемы взаимодействия частиц высокой энергии и сил, с помощью которых они взаимодействуют, т.е. занимался той областью физики, которую сейчас называют физикой высоких энергий, или физикой частиц. Он также провел глубокое исследование той роли, которую в физике частиц играет симметрия. Обладая поистине фантастическими способностями и умением глубоко проникать в существо физических проблем, он был нетерпим к туманным аргументам и поверхностным суждениям. Он подвергал собственные работы такому беспощадному критическому анализу, что его публикации фактически свободны от ошибок. Коллеги называли его «совестью физики».

После развода, последовавшего за недолгим и несчастливым первым браком, Паули в 1934 г. женился на Франциске Бертрам. Испытывая глубокий интерес к философии и психологии, он получал большое удовольствие от бесед со своим другом К. Г. Юнгом. Он также высоко ценил искусство, музыку и театр. Во время отпуска любил плавать, бродить по горам и лесам Швейцарии. Интеллектуальные способности Паули находились в резком диссонансе с его «умением» работать руками. Его коллеги обычно шутили по поводу таинственного «эффекта Паули», когда одно только присутствие невысокого и полноватого ученого в лаборатории, казалось, вызывало всевозможные поломки и аварии. В начале декабря 1958 г. Паули заболел и вскоре, 15 декабря, умер.

Кроме Нобелевской премии, Паули был награжден медалью Франклина Франклиновского института (1952) и медалью Макса Планка Германского физического общества (1958). Он был членом Швейцарского физического общества, Американского физического общества, Американской ассоциации фундаментальных наук, а также иностранным членом

(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.

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.