Das Beste, das die meisten von uns in der Physik hoffen können zu erreichen, ist einfach, auf einer tieferen Ebene misszuverstehen.
Wolfgang Ernst Pauli war ein österreichischer und später amerikanischer / Schweizer theoretischer Physiker und einer der Pioniere der Quantenphysik. 1945 erhielt Pauli nach einer Nominierung durch Albert Einstein den Nobelpreis für Physik für seinen „entscheidenden Beitrag durch seine Entdeckung eines neuen Naturgesetzes, des Ausschließungsprinzips oder Pauli-Prinzips". Die Entdeckung umfasste die Spintheorie, die die Grundlage einer Theorie der Struktur der Materie ist. Er zeigte auch eine frühe Veranlagung für Physik und erwarb seinen PhD mit 21 Jahren, obwohl er die Highschool mit 18 Jahren abschloss, etwa im durchschnittlichen Alter für den Schulabschluss.
Biografie
Frühe Jahre
Pauli wurde in Wien geboren, als Sohn eines Chemikers Wolfgang Joseph Pauli geb. Wolf Pascheles, 1869–1955 und seiner Ehefrau Bertha Camilla Schütz; seine Schwester war Hertha Pauli, eine Schriftstellerin und Schauspielerin. Paulis mittlerer Name wurde zu Ehren seines Paten, des Physikers Ernst Mach, gegeben. Paulis väterliche Großeltern stammten aus prominenten jüdischen Familien Prags; sein Urgroßvater war der jüdische Verleger Wolf Pascheles. Paulis Vater konvertierte kurz vor seiner Heirat 1899 vom Judentum zum römischen Katholizismus. Paulis Mutter, Bertha Schütz, wurde in der römisch-katholischen Religion ihrer eigenen Mutter aufgezogen; ihr Vater war der jüdische Schriftsteller Friedrich Schütz. Pauli wurde als römischer Katholik aufgezogen, obwohl er und seine Eltern später die Kirche verließen. Er gilt als Deist und Mystiker.
Pauli besuchte das Döblinger-Gymnasium in Wien und schloss 1918 mit Auszeichnung ab. Nur zwei Monate nach dem Schulabschluss veröffentlichte er seine erste Arbeit über Albert Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie. Er besuchte die Ludwig-Maximilians-Universität in München, wo er unter Arnold Sommerfeld arbeitete, und erhielt seinen PhD im Juli 1921 für seine These über die Quantentheorie des ionisierten zweiatomigen Wasserstoffs H+2.
Sommerfeld bat Pauli, die Relativitätstheorie für die Encyklopädie der mathematischen Wissenschaften zu überprüfen. Zwei Monate nach Erhalt seines Doktorgrades vervollständigte Pauli den Artikel, der 237 Seiten umfasste. Er wurde von Einstein gelobt; als Monografie veröffentlicht, bleibt er bis heute ein Standardwerk zu diesem Thema.
Pauli verbrachte ein Jahr an der Universität Göttingen als Assistent von Max Born und das folgende Jahr am Institut für Theoretische Physik in Kopenhagen, das 1965 zum Niels-Bohr-Institut wurde. Von 1923 bis 1928 war er Dozent an der Universität Hamburg. Während dieser Zeit spielte Pauli eine wichtige Rolle in der Entwicklung der modernen Quantenmechanik. Insbesondere formulierte er das Ausschließungsprinzip und die Theorie des nichtrelativistischen Spins.
1928 wurde er zum Professor für Theoretische Physik an der ETH Zürich in der Schweiz ernannt, wo er bedeutende wissenschaftliche Fortschritte machte. Er hielt Gastprofessuren an der Universität von Michigan 1931 und am Institute for Advanced Study in Princeton 1935. Er erhielt 1931 die Lorentz-Medaille.
Ende 1930, kurz nach seiner Postulierung des Neutrinos und unmittelbar nach seiner Scheidung und dem Selbstmord seiner Mutter, erlebte Pauli eine persönliche Krise. Er konsultierte den Psychiater und Psychotherapeuten Carl Jung, der wie Pauli in der Nähe von Zürich lebte. Jung begann sofort, Paulis tiefe archetypische Träume zu interpretieren, und Pauli wurde einer von Jungs besten Schülern. Er begann bald, die Erkenntnistheorie von Jungs Theorie wissenschaftlich zu kritisieren, und dies trug zu einer gewissen Klärung von Jungs Gedanken bei, besonders zum Konzept der Synchronizität. Viele dieser Diskussionen sind in den Pauli/Jung-Briefen dokumentiert, die heute als Atom and Archetype veröffentlicht werden. Jungs umfangreiche Analyse von mehr als 400 von Paulis Träumen ist in Psychology and Alchemy dokumentiert.
Die deutsche Annexion Österreichs 1938 machte ihn zum deutschen Staatsbürger, was 1939 nach Ausbruch des Zweiten Weltkriegs für ihn zum Problem wurde. 1940 versuchte er erfolglos, die Schweizer Staatsbürgerschaft zu erlangen, was es ihm ermöglicht hätte, an der ETH zu bleiben.
Pauli zog 1940 in die Vereinigten Staaten, wo er als Professor für Theoretische Physik am Institute for Advanced Study beschäftigt war. 1946, nach dem Krieg, wurde er amerikanischer Staatsbürger und kehrte anschließend nach Zürich zurück, wo er meist für den Rest seines Lebens blieb. 1949 erhielt er die Schweizer Staatsbürgerschaft.
1958 erhielt Pauli die Max-Planck-Medaille. In demselben Jahr erkrankte er an Bauchspeicheldrüsenkrebs. Als sein letzter Assistent Charles Enz ihn im Rotkreuz-Krankenhaus in Zürich besuchte, fragte Pauli ihn: „Haben Sie die Zimmernummer gesehen?" Es war die Nummer 137. Sein ganzes Leben lang war Pauli davon besessen, warum die Feinstrukturkonstante, eine dimensionslose Fundamentalkonstante, einen Wert hat, der fast gleich 1/137 ist. Pauli starb in diesem Zimmer am 15. Dezember 1958.
Wissenschaftliche Forschung
Pauli leistete viele wichtige Beiträge als Physiker, hauptsächlich im Bereich der Quantenmechanik. Er veröffentlichte selten Aufsätze, bevorzugte aber umfangreiche Korrespondenzen mit Kollegen wie Niels Bohr und Werner Heisenberg, mit denen er enge Freundschaften hatte. Viele seiner Ideen und Ergebnisse wurden nie veröffentlicht und erschienen nur in seinen Briefen, die oft von ihren Empfängern kopiert und verteilt wurden.
Pauli schlug 1924 einen neuen Quantenfreiheitsgrad oder eine neue Quantenzahl mit zwei möglichen Werten vor, um Inkonsistenzen zwischen beobachteten Molekülspektren und der sich entwickelnden Quantenmechanik-Theorie zu lösen. Er formulierte das Pauli-Ausschließungsprinzip, vielleicht sein wichtigstes Werk, das besagte, dass keine zwei Elektronen im selben Quantenzustand existieren könnten, identifiziert durch vier Quantenzahlen einschließlich seines neuen zweiwertigen Freiheitsgrades. Die Idee des Spins stammte von Ralph Kronig. George Uhlenbeck und Samuel Goudsmit identifizierten ein Jahr später Paulis neuen Freiheitsgrad als Elektronenspin, eine Entdeckung, an die Pauli sich lange Zeit fälschlicherweise weigerte zu glauben.
1926, kurz nachdem Heisenberg die Matrizentheorie der modernen Quantenmechanik veröffentlichte, nutzte Pauli sie, um das beobachtete Spektrum des Wasserstoffatoms herzuleiten. Dieses Ergebnis war wichtig, um die Glaubwürdigkeit von Heisenbergs Theorie zu sichern.
Pauli führte die 2 × 2 Pauli-Matrizen als Grundlage von Spin-Operatoren ein und löste damit die nichtrelativistische Theorie des Spins. Diese Arbeit, einschließlich der Pauli-Gleichung, wird manchmal gesagt, dass sie Paul Dirac bei seiner Schaffung der Dirac-Gleichung für das relativistische Elektron beeinflusst hat, obwohl Dirac erklärte, dass er diese gleichen Matrizen selbst unabhängig zur gleichen Zeit erfunden habe, ohne Paulis Einfluss. Dirac erfand ähnliche, aber größere 4x4-Spin-Matrizen zur Verwendung in seiner relativistischen Behandlung von fermionischem Spin.
1930 befasste sich Pauli mit dem Problem des Beta-Zerfalls. In einem Brief vom 4. Dezember an Lise Meitner et al., beginnend mit „Liebe radioaktive Damen und Herren", postulierte er die Existenz eines bisher unbeobachteten neutralen Teilchens mit einer kleinen Masse, nicht größer als 1% der Prototonenmasse, um das kontinuierliche Spektrum des Beta-Zerfalls zu erklären. 1934 integrierte Enrico Fermi das Teilchen, das er ein Neutrino nannte, „kleines neutrales Ding" in Fermis eigene italienische Sprache, in seine Theorie des Beta-Zerfalls. Das Neutrino wurde 1956 von Frederick Reines und Clyde Cowan experimentell bestätigt, zweieinhalb Jahre vor Paulis Tod. Nach Erhalt der Nachricht antwortete er per Telegramm: „Danke für die Nachricht. Alles kommt zu dem, der zu warten weiß. Pauli."
1940 leitete er den Spin-Statistik-Satz neu her, ein kritisches Ergebnis der Quantenfeldtheorie, das besagt, dass Teilchen mit halbzahligem Spin Fermionen sind, während Teilchen mit ganzzahligem Spin Bosonen sind.
1949 veröffentlichte er eine Arbeit zur Pauli–Villars-Regularisierung: Regularisierung ist der Begriff für Techniken, die unendliche mathematische Integrale während Berechnungen endlich machen, damit man identifizieren kann, ob die im Prinzip unendlichen Größen in der Theorie – Masse, Ladung, Wellenfunktion – ein endliches und daher berechenbares Set bilden, das in Bezug auf ihre experimentellen Werte redefiniert werden kann, ein Kriterium, das Renormalisierung genannt wird, und das Unendlichkeiten aus Quantenfeldtheorien entfernt, aber auch wichtig ermöglicht die Berechnung von höheren Ordnungskorrektionen in der Störungstheorie.
Pauli kritisierte wiederholt die moderne Synthese der Evolutionsbiologie, und seine zeitgenössischen Bewunderer weisen auf Modi der epigenetischen Vererbung hin, die seine Argumente unterstützen.
Persönlichkeit und Ruf
Der Pauli-Effekt wurde nach der anekdotischen bizarren Fähigkeit benannt, experimentelle Geräte einfach dadurch zu beschädigen, dass er sich in der Nähe befand. Pauli war sich seines Rufs bewusst und war erfreut, wenn sich der Pauli-Effekt manifestierte. Diese seltsamen Ereignisse stimmten mit seinen umstrittenen Untersuchungen zur Legitimität der Parapsychologie überein, besonders seine Zusammenarbeit mit C. G. Jung über das Konzept der Synchronizität.
In Bezug auf Physik war Pauli berüchtigt als Perfektionist. Dies erstreckte sich nicht nur auf seine eigene Arbeit, sondern auch auf die Arbeit seiner Kollegen. Infolgedessen wurde er in der Physik-Gemeinschaft als das „Gewissen der Physik" bekannt, der Kritiker, dem seine Kollegen Rechenschaft schuldig waren. Er konnte in seiner Ablehnung einer Theorie, die er unzureichend fand, schneidend sein und bezeichnete sie oft als ganz falsch, absolut falsch.
Dies war jedoch nicht seine schärfste Kritik, die er Theorien oder Thesen vorbehielt, die so unklar präsentiert waren, dass sie untestbar oder nicht zu bewerten waren und daher nicht ordnungsgemäß in den Bereich der Wissenschaft gehörten, obwohl sie so taten. Sie waren schlimmer als falsch, weil sie nicht widerlegt werden konnten. Berüchtigt sagte er über ein solches unklares Aufsatz: „Es ist nicht einmal falsch!"
Seine angebliche Bemerkung, als er einen anderen führenden Physiker, Paul Ehrenfest, traf, veranschaulicht diese Vorstellung eines arroganten Pauli. Die beiden trafen sich auf einer Konferenz zum ersten Mal. Ehrenfest war mit Paulis Arbeiten vertraut und war ziemlich beeindruckt von ihnen. Nach einigen Minuten des Gesprächs bemerkte Ehrenfest: „Ich denke, mir gefällt dein Encyklopädie-Artikel besser als mir du gefällst", worauf Pauli zurückschoss: „Das ist seltsam. Bei mir ist es hinsichtlich deiner genau das Gegenteil." Die beiden wurden von da an sehr gute Freunde.
Ein etwas wärmeres Bild ergibt sich aus dieser Geschichte, die im Artikel über Dirac erscheint:
Werner Heisenberg [in Physik und darüber hinaus, 1971] erinnert sich an ein freundliches Gespräch unter jungen Teilnehmern der Solvay-Konferenz von 1927 über Einsteins und Plancks Ansichten zur Religion. Wolfgang Pauli, Heisenberg und Dirac nahmen daran teil. Diracs Beitrag war eine ergreifende und klare Kritik der politischen Manipulation von Religion, die von Bohr für ihre Klarheit sehr geschätzt wurde, als Heisenberg sie ihm später berichtete. Unter anderem sagte Dirac: „Ich kann nicht verstehen, warum wir uns müßig mit Religion unterhalten. Wenn wir ehrlich sind – und als Wissenschaftler ist Ehrlichkeit unsere genaue Pflicht – können wir nicht umhin zuzugeben, dass jede Religion ein Haufen falscher Aussagen ist, beraubt jeder echten Grundlage. Die bloße Idee Gottes ist ein Produkt menschlicher Phantasie. [ ... ] Ich erkenne keinen religiösen Mythos an, zumindest weil sie sich widersprechen. [ ... ]" Heisenbergs Ansicht war tolerant. Pauli hatte geschwiegen, nach einigen anfänglichen Bemerkungen. Aber als er endlich um seine Meinung gebeten wurde, sagte er scherzhaft: „Nun, ich würde sagen, dass auch unser Freund Dirac eine Religion hat und das erste Gebot dieser Religion lautet ‚Gott existiert nicht und Paul Dirac ist sein Prophet'". Alle brachen in Gelächter aus, auch Dirac.
Viele von Paulis Ideen und Ergebnissen wurden nie veröffentlicht und erschienen nur in seinen Briefen, die oft von ihren Empfängern kopiert und verteilt wurden. Pauli kann sich möglicherweise nicht darum gesorgt haben, dass viel seiner Arbeit somit unbeachtet blieb, aber als es um Heisenbergs weltberühmte Vorlesung von 1958 in Göttingen über ihre gemeinsame Arbeit an einer einheitlichen Feldtheorie ging, und die Pressemitteilung Pauli als bloßen „Assistenten von Professor Heisenberg" bezeichnete, war Pauli beleidigt, verurteilte Heisenbergs physikalische Fähigkeiten. Die Verschlechterung zwischen ihnen führte dazu, dass Heisenberg Paulis Beerdigung ignorierte und in seiner Autobiografie schrieb, dass Paulis Kritik überempfindlich war, obwohl sich letztendlich herausstellte, dass die Feldtheorie unhaltbar war, was Paulis Kritik bestätigte. Pauli wurde 1953 zum Foreign Member of the Royal Society (ForMemRS) gewählt. 1958 wurde er auswärtiges Mitglied der Königlich-Niederländischen Akademie der Künste und Wissenschaften.
Persönliches Leben
Im Mai 1929 verließ Pauli die römisch-katholische Kirche. Im Dezember desselben Jahres heiratete er Käthe Margarethe Deppner, eine Kabaretttänzerin. Die Ehe war eine unglückliche, die 1930 nach weniger als einem Jahr mit einer Scheidung endete. Er heiratete 1934 erneut Franziska Bertram 1901–1987. Sie hatten keine Kinder.
Bibliografie
- Pauli, Wolfgang; Jung, C. G. 1955. The Interpretation of Nature and the Psyche. Ishi Press. ISBN 4-87187-713-2.
- Pauli, Wolfgang 1981. Theory of Relativity. New York: Dover Publications. ISBN 0-486-64152-X.
- Pauli, Wolfgang; Jung, C. G. 2001. C. A. Meier ed.. Atom and
