|
ВОЛЬФГАНГ ПАУЛИ
(1900–1958)
Нильс Бор: «Прогресс физики в нашем столетии характеризуется не только
расширением круга познания, но главным образом и построением новых
теоретических основ для анализа и синтеза экспериментальных данных. Вольфганг
Паули… внес в этот прогресс огромный вклад не только собственными выдающимися
работами, но и тем вдохновением и воодушевлением, которые мы все от него
получали».
Макс Борн: «Паули… общепризнан как наиболее критичный, логически и
математически требовательный среди ученых, которые внесли вклад в квантовую
механику».
Вольфганг Эрнест Паули родился 25 апреля 1900 года в Вене, в семье
известного профессора фармакологии Вольфганга Йозефа Паули. Очень рано заметив
исключительные математические способности сына, отец всячески стремился их
развить. Мать, Берта Паули, журналистка по профессии, старалась воспитать у
него любовь к музыке.
Они оба преуспели в своих стремлениях. Паулигимназист прекрасно
разбирался в астрономии, любил находить ошибки в читаемых им
научнофантастических романах, например у Жюля Верна. Исключительные
математические способности у мальчика обнаружились рано. Быстро освоив школьный
курс, он изучил высшую математику. Еще в школе он познакомился и с трудами
Эйнштейна и проникся его идеями.
Восемнадцатилетний юноша, только что закончивший с отличием гимназию,
отослал в немецкий журнал «Physikalische Zeitschrift» свою первую оригинальную
статью об энергии гравитационного поля, которая и была опубликована в 1919 году.
В Мюнхенском университете он стал одним из любимых учеников Зоммерфельда,
который поручил ему, студенту 2го курса, написать обзор по теории
относительности для физического тома математической энциклопедии. Этот том
увидел свет в 1921 году и сразу сделал имя Паули известным среди физиков.
Сам Эйнштейн дал восторженную оценку этой статьи Паули: «Тот, кто будет
читать эту зрелую и тщательно продуманную работу, вряд ли поверит, что ее
автору всего двадцать один год. Неизвестно, чему следует удивляться больше:
глубокому психологическому пониманию хода развития идей, безупречности
математических выводов, глубокому проникновению в физическую сущность явлений,
способности ясно и систематически излагать предмет, эрудиции, полноте изложения,
уверенности критика».
С 1921 по 1928 год Паули работал в Геттингене у Борна, в Гамбурге,
Копенгагене у Бора и снова в Гамбурге. В школе Зоммерфельда Паули рано
заинтересовался атомной физикой. Первая его статья относится к 1920 году и была
посвящена исследованию диамагнетизма одноатомных газов. Для диамагнитной
восприимчивости Паули получил формулу, сохранившуюся и в квантовой механике.
Но главной темой своего исследования Паули избрал аномальный эффект
Зеемана – расщепление спектральных линий в магнитном поле. В те годы эта
проблема стала средоточием всех трудностей старой квантовой теории. Это очень
образно выразил както сам Паули. Когда в Копенгагене его спросили, почему он
выглядит таким удрученным, последовал ответ: «Как может выглядеть счастливым
человек, если он думает об аномальном эффекте Зеемана?»
Именно Паули сделал решающий шаг, сформировав свой знаменитый «принцип
запрета». Впервые принцип Паули был сформулирован в статье «О связи между
заполнением групп электронов в атоме и сложной структурой спектров»,
опубликованной в 1925 году. Этот принцип Паули открыл на основании обобщения
громадного эмпирического материала, накопившегося в атомной спектроскопии
многоэлектронных элементов (щелочных металлов и инертных газов).
Согласно ему в атоме не может существовать более одного электрона с
заданными значениями четырех квантовых чисел, характеризующих энергетический
уровень.
Другими словами, если уровень занят одним электроном, то второй уже на
этом уровне располагаться не может. Надежда Паули, что в будущем удастся
вывести гениально угаданный им принцип из более фундаментальных положений,
оправдалась. В квантовой механике принцип Паули можно вывести из принципа
тождественности частиц для систем, описываемых антисимметричными волновыми
функциями. Сам Паули показал в 1940 году, что эти системы состоят из частиц с
полуцелым спином, т е. частиц, подчиняющихся статистике Ферми–Дирака.
Принцип Паули был последним выдающимся достижением доквантовомеханической
теории атома. Он стимулировал создание квантовой статистики Ферми и сделал
возможным объяснение периодической таблицы Менделеева.
В 1926 году, упростив выкладки Ферми, Паули установил связь между
вырождением электронного газа и парамагнетизмом.
«Сразу же после появления матричной механики Гейзенберга возникла задача
рассчитать с помощью нового математического аппарата спектр водородоподобных
атомов, – пишет А.М. Франк. – Самому Гейзенбергу это не удавалось, и тогда этим
занялся Паули. В период, когда техника матричного исчисления только осваивалась
физиками, работа оказалась довольно трудной. Но Паули с ней быстро справился, и
не только получил правильные значения для энергетических уровней, но и сумел
учесть влияние на спектр электрических и магнитных полей. По словам Гейзенберга,
его переписка с Паули, критические замечания и вопросы последнего сыграли
огромную роль и в установлении принципа неопределенности. На V Сольвеевском
конгрессе (Брюссель, 1927) Паули решительно поддержал ту интерпретацию
|
|