Вольфганг Эрнст Паули, швейцарский физик-теоретик

Паули Вольфганг Эрнст. (1900—1958). Крупнейший швейцарский физик-теоретик — Читать онлайн на Indbooks

Вольфганг Эрнст Паули, швейцарский физик-теоретик

Вольфганг Паули родился в Вене в семье врача и профессора химии Вольфганга Йозефа Паули (наст.

Вольф Пасхелес), родом из видной пражской еврейской семьи Пасхелес-Утиц, в 1898 году сменившего имя и незадолго до женитьбы в 1899 году принявшего католическую веру.

Мать Вольфганга Паули – фельетонист Берта Камилла Паули (урождённая Шютц) – была дочерью известного еврейского литератора Фридриха Шютца. Оба они были тесно связаны с венскими театральными и журналистскими кругами.

Герта, младшая сестра Паули, стала актрисой и писательницей. Эрнст Мах, знаменитый физик и философ, был его крестным отцом. И второе имя Паули получил в честь своего крёстного дяди.

Родители отправили Вольфганга учиться в среднюю школу, где он 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 году 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. Эта монография до сих пор остаётся классической.

В 1921 году, 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 года 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.

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 году Нильс Бор предположил свою модель, которая частично основывалась на изучении атомных спектров.

Но модель Бора имела существенные недостатки, которые помогли Паули в дальнейшем внести свой значительный вклад в квантовую теорию. Он усовершенствовал модель Бора.

Паули 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 1945 году Паули был награжден Нобелевской премией по физике «за открытие принципа запрета, который называют также принципом запрета Паули».

С именем Паули связано такое фундаментальное понятие квантовой механики, как спин элементарной частицы; он предсказал существование нейтрино.

В мае 1929 Паули отлучился от католической церкви. В декабре того же года женился на Кете Маргарете Деппнер. Брак был несчастливым и закончился разводом в 1930 году. Паули женился снова в 1934 на Францизке Бертрам. Детей не имели.

В 1958 году Вольфганг Паули умер от рака в Цюрихе.

Паули внёс существенный вклад в современную физику, особенно в области квантовой механики.

Он редко публиковал свои работы, предпочитая этому интенсивный обмен письмами со своими коллегами, в особенности с Нильсом Бором и Вернером Гейзенбергом, с которыми он крепко дружил.

По этой причине многие из его идей встречаются только в этих письмах, которые часто передавались далее и копировались. Паули, судя по всему, мало заботило то, что по причине малого числа публикаций большая часть его работ была почти не известна широкой общественности.

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!»

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

Источник: http://indbooks.in/mirror7.ru/?p=122207

Физика и лирика Вольфганга Паули

Вольфганг Эрнст Паули, швейцарский физик-теоретик

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.

 Подальше от бомбы

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

:

  • От сиюминутного – к вечномуЭтот молодой военный, в николаевской форме, с саблей через плечо, с тонкими усиками, выпуклым лбом и горькой складкой между бровями, был одной из самы…
  • Три дня Рождества Если в настоящее время трудно установить год, когда родился Иисус Христос, то ещё сложнее вычислить действительные месяц и день его рождения Всё врут …
  • Перипетии судьбы Ференца ЛистаЗнаменитый венгерский композитор, пианист-виртуоз Ференц Лист (1811–1886), большую часть жизни проживший в Париже, много путешествовал. Результатом яв…
  • Бог выключает БАКБольшой адронный коллайдер, который, как обещали учёные, поможет ответить на самые сокровенные вопросы об устройстве мироздания, даёт всё более частые…

Журнал, Наука, Паули

Источник: https://chudesamag.ru/neobyichnoe-ryadom/fizika-i-lirika-volfganga-pauli.html

Вольфганг Эрнст Паули, швейцарский физик-теоретик

Вольфганг Эрнст Паули, швейцарский физик-теоретик

Этапы биографии

Наука в жизни ученого

Швейцарец Вольфганг Эрнст Паули (1900-1959) был физиком-теоретиком. За свои заслуги в области физики удостоился Нобелевской премии.

Этапы биографии

Вольфганг Паули был рожден 25 апреля 1900 г. в одной из столиц Австро-Венгрии городе Вена.

Венская средняя школа была окончена Вольфгангом с отличием. За 2 месяца до ее окончания посредством публикации он знакомит всех с первой своей научной работой, которая затрагивала аспекты общей теории относительности Эйнштейна.

Затем Вольфганг Паули продолжил учебу в Мюнхенском университете Людвига-Максимилиана. Здесь в 1921 г. ему была присвоена докторская степень — философ теоретической физики. В своей диссертации Паули теоретически изложил квантовую природу молекулярно-ионизированного водорода.

В то время теория относительности Эйнштейна привлекала внимание всех ученых, поэтому к Паули обратился Арнольд Зоммерфельд с просьбой проверить правильность этого научного труда. По прошествии 2-х месяцев, с момента получения им докторской степени, работа была закончена. Ее публикация имела вид монографии, а сам Паули заслужил похвалу мэтра, великого Альберта Эйнштейна.

Как только Паули получил докторскую степень, он стал работать ассистентом у Макса Борна в университете Геттингена. В 1922 г. в качестве помощника Вильгельма Ленца трудился в университете города Гамбурга.

Через несколько лет в 1928 г. профессор Паули был приглашен в Цюрих на кафедру теоретической физики. В это время он был известным ученым, поэтому такие престижные ВУЗы, как Принстонский университет и университет в штате Мичиган желали видеть его в своих стенах даже в качестве приглашенного профессора.

Для Паули 1929 год стал переломным в личной жизни. Его спутницей стала танцовщица, но ненадолго, т.к. через год в 1930 г. пара уже рассталась.

Вольфганг сильно переживал развод и довел себя до тяжелого психического расстройства. Пришлось воспользоваться услугами врача-психиатра Карла Юнга. В 1934 г.

лечение было завершено, но Юнг и Паули еще несколько лет вели друг с другом переписку, обсуждая вопросы психологии и физики.

Паули вновь женился в 1934 году. Его избранницей стала Франциска Бертрам, но этому браку суждено было остаться бездетным. С 1940 г. и до окончания Второй Мировой Войны он работал на кафедре теоретической физики в Принстонском университете. Затем ученый вернулся обратно в Цюрих.

За свои выдающиеся заслуги в сфере теоретической физики Вольфганг Паули в 1958 г. получил наградную медаль имени Макса Планка.

В самом расцвете сил Вольфганг Паули скончался 15 декабря 1958 г. в Цюрихе. Его сразил рак поджелудочной железы. Тело его покоится на Цюрихском кладбище Целликоне.

Наука в жизни ученого

Вольфганг Паули серьезно был увлечен квантовой механикой, поэтому все важные достижения были сделаны им в этой области.

Но он крайне редко прибегал к публикации своих работ, предпочитая переписку с такими мастодонтами физики, как Вернер Гейзенберг, Нильс Бор. Он также поддерживал с ними и дружеские отношения. Многие свои идеи Паули так и не опубликовал.

Хорошо, что они сохранились в его письмах, поэтому часто с этих писем делают копии и таким образом распространяют.

В 1924 г. ученым была предложена новая квантовая степень свободы (второе название квантовые числа), где есть два возможных значения. Эта теория разрешала противоречие со стороны наблюдаемого молекулярного спектра и теоретических аспектов квантовой механики, которые только что начали зарождаться.

Самим ученым было дано определение принципу запрета Паули. Можно сказать, что это самая главная работа его жизни. Сам принцип запрета звучит следующим образом: для любых двух электронов в пределах одной системы невозможно существование в одинаковом квантовом состоянии. Оно (квантовое состояние одного из электронов) должно иметь отличие хотя бы в одном квантовом числе.

Как только в 1926 г. была опубликована работа Гейзенберга «матричная механика» современной квантовой механики, сразу же математический аппарат был подхвачен Паули для получения наблюдаемого спектра водородного атома.

Этим своим действием он подтвердил теорию Гейзенберга.

Работа была продолжена и в следующем 1927 году, в результате которой было введено понятие «матрицы Паули», выступившей элементом основы спиновых операторов и использованной для решения нерелятивистской теории спина.

От Паули в 1930 г. впервые прозвучало предположение о существовании нейтральных частиц, которые бы сохраняли энергию во время бета-распада ядер. Позднее это предположение было подтверждено. Частицы назвали нейтрино.

Связь спина со статистикой была доказана Вольфгангом Паули в 1940 г. и представлена в виде теоремы, названной его именем. В теореме Паули доказывает, что фермионы — это частицы, характерной особенностью которых является полуцелый спин, тогда как бозоны — это частицы, имеющие целый спин.

За теорию «принцип запрета» в 1945 году Паули стал обладателем Нобелевской премии по физике.

Источник: https://sciterm.ru/spravochnik/volfgang-ernst-pauli-shvejcarskij-fizik-teoretik/

Вольфганг Эрнст Паули — Биография

Вольфганг Эрнст Паули, швейцарский физик-теоретик

ПАУЛИ (Pauli), Вольфганг

25 апреля 1890 г. – 15 декабря 1958 г.
Нобелевская премия по физике, 1945 г.

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 Лондонского королевского общества.

 
        Источник:

Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия. Пер. с англ. – М.: Прогресс, 1992.
Электронная версия: N-T.org — электронная библиотека. Нобелевские лауреаты.

  Хронология событий и открытий в химии:

До XIX века  •  1801–1850  •  1851–1900  •  1901–1950  • 1951–2000

 

Источник: http://www.physchem.chimfak.rsu.ru/Source/History/Persones/Pauli.html

Нобелевские лауреаты: Вольфганг Паули. Запрет и нейтрино

Вольфганг Эрнст Паули, швейцарский физик-теоретик

26 мая 2018 в 21:39ФизикаТрагическая история гениального физика

Наш нынешний герой рубрики «Как получить Нобелевку» прожил яркую, короткую и полную трагизма жизнь.

Он был одним из величайших ученых своего времени — из тех, о ком слагают легенды и анекдоты.

Был теоретиком, но предвосхитил множество открытий, объяснил, почему существуют химические элементы, и поучаствовал в создании психоаналитической теории.

Вольфганг Эрнст Паули

Родился 25 апреля 1900 года, Вена, Австро-Венгерская империя

Умер 15 декабря 1958 года, Цюрих, Швейцария

Нобелевская премия по физике 1945 года. Формулировка Нобелевского комитета: «За открытие принципа запрета, названного его именем» (for the discovery of the Exclusion Principle, also called the Pauli principle).

Наш герой родился перед самым наступлением XX века (как мы помним, это случилось 1 января 1901 года) в блистательной Вене, столице Австро-Венгерской империи, в семье выходца из известной пражской еврейской семьи Пасхелес, профессора химии Вольфганга Йозефа Паули и его супруги Берты Камиллы Шютц.

Семья была известной (прадед Паули, Вольф Пасхелес, был известнейшим пражским издателем), и дети у них получились тоже на загляденье.

Младшая сестра Вольфганга-младшего стала знаменитой актрисой и журналисткой, крестным отцом его стал известный физик и философ Эрнст Мах (в честь которого и поныне скорость звука называют Махом).

Ребенок рос вундеркиндом. Конечно, сыграла роль и школа, а точнее, пафосная венская гимназия Деблингер.

Класс Паули особо отличился, дав сразу двух Нобелевских лауреатов: вместе с Вольфгангом учился и Рихард Кун, получивший своего «Нобеля» по химии семью годами раньше одноклассника.

Но и в этой среде Вольфганг слыл гением. Говорили, что учитель физики, делая ошибку на доске, просил Паули ее найти, когда сам не мог.

Пока Вольфганг учился, началась и закончилась Первая мировая война, развалилась Австро-Венгерская империя. Он поступил в Мюнхенский университет, который в те времена был очень сильным. А еще там работал «делатель нобелевских лауреатов» Арнольд Зоммерфельд, который сразу же «выпихнул» гения в большую физику.

Уже на втором курсе по его поручению Паули написал обзор по общей теории относительности (это в 1920 году). Говорят, он до сих пор считается классикой. Кроме этого, Зоммерфельд «подарил» Паули друга на долгие времена — Вернера Гейзенберга, который тоже учился у него.

В 21 год Паули защитил диссертацию, тогда же стал ассистентом Макса Борна (Паули получил «Нобеля» быстрее своего босса).

В 25 лет (у нас обычно в это время еще диссертации не защищают) Паули сделал работу, которая принесла ему «Нобеля» в 45, обосновал «Нобеля» Отто Штерна (физика, 1943), ввел понятие спина и объяснил существование периодической системы.

Для начала давайте впомним опыт Штерна — Герлаха.

Он выглядел так: пучок атомов серебра проходил через сильно неоднородное магнитное поле, создаваемое мощным постоянным магнитом, и это поле вызывало отклонение атомов. Классическая теория предсказывала, что отклонение атомов с различными направлениями магнитного момента будет распределено непрерывно, что приведет к расширению узкого пучка.

Квантовая теория предсказывала, что атомы будут отклоняться только одним из двух способов, то есть пучок расщепится на два. Так и вышло у Штерна и Герлаха, то есть опыт подтвердил квантование проекции вектора магнитного момента атомов. И Паули объяснил, почему так.

Он ввел в квантовый мир нового игрока — спин, собственный квантовый момент импульса электрона.

И сформулировал запрет: две частицы с полуцелым спином в одной квантовой системе не могут находиться в одном квантовом состоянии. Что это означает? У каждого атома есть минимальная орбиталь для электрона.

И на ней могут находиться всего два электрона — с противоположными спинами. Таким образом, самую нижнюю электронную оболочку в атоме могут занимать либо один электрон (и это атом водорода), либо два (гелий).

Следующий слой дает нам четыре орбитали: одну s-орбиталь и три p-орбитали. Их последовательное заполнение дает нам элементы второго периода таблицы Менделеева — от лития до неона. Так изящно молодой человек показал квантовую суть гениального прозрения нашего соотечественника, сделанного 149 лет назад.

Прошло еще пять лет. Пытаясь спасти закон сохранения энергии и импулься для бета-распада, Паули предположил, что во время превращения нейтрона в протон и электрон «улетает» еще одна легкая нейтральная частица. Позже Энрико Ферми назовет ее «нейтрончиком» по-итальянски — «нейтрино».

Так, к 30 годам он совершил два прорыва не просто нобелевского, а меганобелевского уровня. Казалось бы, Паули должен быть счастлив, однако именно в эти годы он находился в глубочайшей депрессии. В 1927 году покончила с собой его мать. В 1929 году он женился на балерине, но неудачно: она ему изменяла. Год спустя — развод, депрессия, алкоголь, Карл Густав Юнг.

Впрочем, знакомство с бунташным сотрудником Фрейда, кажется, пошло на пользу обоим. Переписка показала, что многие свои ключевые термины (синхронистичность, отчасти уточненные понятия об архетипах и коллективном бессознательном) Юнг взял из его эпистолярных бесед с Паули. А физик постепенно вышел из депрессии и даже повторно женился в 1933 году.

Дальше он путешествовал. Еврейские корни не дали бы ему спокойно жить в Германии, поэтому Швейцария и США стали его новыми родинами (первая страна предоставила ему гражданство после премии, американское он получил уже перед кончиной).

Паули много преподавал и постоянно «мешал» теоретикам. «Эффект Паули» стал легендой, говорили, что даже проезд Паули в поезде мимо экспериментальной установки грозит ей поломкой.

Шутки шутками, а когда теоретик входил в лабораторию, многие эксперименты и правда не получались.

Увы, жизнь великого физика оказалась короткой: он не дожил и до шестидесяти, рак убил его в 58. Тем не менее он успел в своей жизни, пожалуй, все. Жаль, что не успел больше.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: , ВКонтакте, , Telegram, .

Источник: https://indicator.ru/physics/volfgang-pauli.htm

Booksm
Добавить комментарий