Le meilleur que la plupart d'entre nous puissions espérer accomplir en physique est simplement de mal comprendre à un niveau plus profond.
Wolfgang Ernst Pauli était un physicien théoricien autrichien et plus tard américain / suisse et l'un des pionniers de la physique quantique. En 1945, après avoir été nominé par Albert Einstein, Pauli a reçu le prix Nobel de physique pour sa « contribution décisive par sa découverte d'une nouvelle loi de la Nature, le principe d'exclusion ou principe de Pauli ». La découverte impliquait la théorie du spin, qui est la base d'une théorie de la structure de la matière. Il a également montré une aptitude précoce pour la physique en obtenant son doctorat à l'âge de 21 ans bien qu'il ait obtenu son diplôme d'études secondaires à 18 ans, un âge moyen pour la graduation.
Biographie
Les premières années
Pauli est né à Vienna d'un chimiste Wolfgang Joseph Pauli né Wolf Pascheles, 1869–1955 et sa femme Bertha Camilla Schütz ; sa sœur était Hertha Pauli, écrivaine et actrice. Le deuxième prénom de Pauli a été donné en l'honneur de son parrain, le physicien Ernst Mach. Les grands-parents paternels de Pauli provenaient de familles juives éminentes de Prague ; son arrière-grand-père était l'éditeur juif Wolf Pascheles. Le père de Pauli s'est converti du judaïsme au catholicisme romain peu avant son mariage en 1899. La mère de Pauli, Bertha Schütz, a été élevée dans la religion catholique romaine de sa propre mère ; son père était l'écrivain juif Friedrich Schütz. Pauli a été élevé en tant que catholique romain, bien qu'il ait finalement quitté l'Église avec ses parents. Il est considéré comme ayant été un déiste et un mystique.
Pauli a fréquenté le Döblinger-Gymnasium à Vienna, obtenant son diplôme avec distinction en 1918. Seulement deux mois après la graduation, il a publié son premier article, sur la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein. Il a fréquenté la Ludwig-Maximilians University à Munich, travaillant sous Arnold Sommerfeld, où il a obtenu son doctorat en juillet 1921 pour sa thèse sur la théorie quantique de l'hydrogène diatomique ionisé H+2.
Sommerfeld a demandé à Pauli d'examiner la théorie de la relativité pour la Encyklopädie der mathematischen Wissenschaften. Deux mois après avoir reçu son doctorat, Pauli a terminé l'article, qui s'élevait à 237 pages. Il a été félicité par Einstein ; publié en tant que monographie, il reste une référence standard sur le sujet à ce jour.
Pauli a passé un an à la University of Göttingen en tant qu'assistant de Max Born, et l'année suivante à l'Institute for Theoretical Physics à Copenhagen, qui est devenue plus tard le Niels Bohr Institute en 1965. De 1923 à 1928, il a été chargé de cours à la University of Hamburg. Au cours de cette période, Pauli a joué un rôle déterminant dans le développement de la théorie moderne de la mécanique quantique. En particulier, il a formulé le principe d'exclusion et la théorie du spin non relativiste.
En 1928, il a été nommé professeur de physique théorique à l'ETH Zurich en Suisse où il a fait des progrès scientifiques significatifs. Il a occupé des postes de professeur invité à la University of Michigan en 1931, et à l'Institute for Advanced Study à Princeton en 1935. Il a reçu la Lorentz Medal en 1931.
À la fin de 1930, peu après sa postulation du neutrino et immédiatement après son divorce et le suicide de sa mère, Pauli a connu une crise personnelle. Il a consulté le psychiatre et psychothérapeute Carl Jung qui, comme Pauli, vivait près de Zurich. Jung a immédiatement commencé à interpréter les rêves profondément archétypaux de Pauli, et Pauli est devenu l'un des meilleurs étudiants de Jung. Il a bientôt commencé à critiquer scientifiquement l'épistémologie de la théorie de Jung, ce qui a contribué à une certaine clarification de la pensée de ce dernier, notamment concernant le concept de synchronicité. Un grand nombre de ces discussions sont documentées dans la correspondance Pauli/Jung, aujourd'hui publiée sous le titre Atom and Archetype. L'analyse élaborée par Jung de plus de 400 rêves de Pauli est documentée dans Psychology and Alchemy.
L'annexion allemande de l'Austria en 1938 l'a rendu citoyen allemand, ce qui est devenu un problème pour lui en 1939 après le déclenchement de la Seconde Guerre mondiale. En 1940, il a tenté en vain d'obtenir la citoyenneté suisse, ce qui lui aurait permis de rester à l'ETH.
Pauli s'est installé aux États-Unis en 1940, où il a été employé en tant que professeur de physique théorique à l'Institute for Advanced Study. En 1946, après la guerre, il est devenu citoyen naturalisé des États-Unis et a ensuite retourné à Zurich, où il est resté la plupart du temps pour le reste de sa vie. En 1949, il a obtenu la citoyenneté suisse.
En 1958, Pauli a reçu la Max Planck medal. Cette même année, il est tombé malade du cancer du pancréas. Quand son dernier assistant, Charles Enz, lui a rendu visite à l'hôpital Rotkreuz à Zurich, Pauli lui a demandé : « Avez-vous vu le numéro de la chambre ? » C'était le numéro 137. Tout au long de sa vie, Pauli s'était préoccupé de la question de savoir pourquoi la constante de structure fine, une constante fondamentale sans dimension, a une valeur presque égale à 1/137. Pauli est décédé dans cette chambre le 15 décembre 1958.
Recherche scientifique
Pauli a apporté de nombreuses contributions importantes en tant que physicien, principalement dans le domaine de la mécanique quantique. Il a rarement publié d'articles, préférant de longues correspondances avec des collègues tels que Niels Bohr et Werner Heisenberg, avec lesquels il entretenait des amitié étroites. Beaucoup de ses idées et résultats n'ont jamais été publiés et n'ont apparu que dans ses lettres, qui ont souvent été copiées et distribuées par leurs destinataires.
Pauli a proposé en 1924 un nouveau degré de liberté quantique ou nombre quantique avec deux valeurs possibles, pour résoudre les incohérences entre les spectres moléculaires observés et la théorie en développement de la mécanique quantique. Il a formulé le principe d'exclusion de Pauli, peut-être son travail le plus important, qui stipulait qu'aucun deux électrons ne pouvaient exister dans le même état quantique, identifié par quatre nombres quantiques incluant son nouveau degré de liberté à deux valeurs. L'idée du spin provient de Ralph Kronig. George Uhlenbeck et Samuel Goudsmit, un an plus tard, ont identifié le nouveau degré de liberté de Pauli comme le spin électronique, une découverte que Pauli a longtemps refusé à tort de croire.
En 1926, peu après qu'Heisenberg ait publié la théorie matricielle de la mécanique quantique moderne, Pauli l'a utilisée pour dériver le spectre observé de l'atome d'hydrogène. Ce résultat a été important pour établir la crédibilité de la théorie d'Heisenberg.
Pauli a introduit les matrices de Pauli 2 × 2 comme base des opérateurs de spin, résolvant ainsi la théorie non relativiste du spin. Ce travail, y compris l'équation de Pauli, aurait influencé Paul Dirac dans sa création de l'équation de Dirac pour l'électron relativiste, bien que Dirac ait affirmé qu'il avait inventé ces mêmes matrices lui-même indépendamment à l'époque, sans l'influence de Pauli. Dirac a inventé des matrices de spin 4x4 similaires mais plus grandes pour une utilisation dans son traitement relativiste du spin fermionique.
En 1930, Pauli a considéré le problème de la désintégration bêta. Dans une lettre du 4 décembre à Lise Meitner et al., commençant par « Chères dames et messieurs radioactifs », il a proposé l'existence d'une particule neutre jusqu'alors inobservée avec une petite masse, ne dépassant pas 1% de la masse d'un proton, pour expliquer le spectre continu de la désintégration bêta. En 1934, Enrico Fermi a incorporé la particule, qu'il a appelée neutrino, « petit neutre » dans le dialecte natif d'Enrico Fermi, dans sa théorie de la désintégration bêta. Le neutrino a été confirmé expérimentalement pour la première fois en 1956 par Frederick Reines et Clyde Cowan, deux ans et demi avant la mort de Pauli. À la réception de la nouvelle, il a répondu par télégraphie : « Merci pour le message. Tout vient à celui qui sait attendre. Pauli. »
En 1940, il a redérivé le théorème spin-statistique, un résultat critique de la théorie quantique des champs qui stipule que les particules avec un spin demi-entier sont des fermions, tandis que les particules avec un spin entier sont des bosons.
En 1949, il a publié un article sur la régularisation de Pauli–Villars : la régularisation est le terme désignant les techniques qui modifient les intégrales mathématiques infinies pour les rendre finies lors des calculs, afin que l'on puisse identifier si les quantités intrinsèquement infinies dans la théorie - masse, charge, fonction d'onde - forment un ensemble fini et donc calculable qui peut être redéfini en termes de leurs valeurs expérimentales, critère appelé renormalisation, et qui supprime les infinis des théories quantiques des champs, mais permet aussi, importantly, le calcul des corrections d'ordre supérieur dans la théorie des perturbations.
Pauli a fait des critiques répétées de la synthèse moderne de la biologie évolutive, et ses admirateurs contemporains pointent vers les modes d'hérédité épigénétique comme supportant ses arguments.
Personnalité et réputation
L'effet Pauli a été nommé d'après la capacité anecdotique bizarre qu'il avait de casser l'équipement expérimental simplement en étant à proximité. Pauli était conscient de sa réputation et était ravi chaque fois que l'effet Pauli s'était manifesté. Ces occurrences étranges étaient en ligne avec ses investigations controversées sur la légitimité de la parapsychologie, particulièrement sa collaboration avec C. G. Jung sur le concept de synchronicité.
En ce qui concerne la physique, Pauli était famousement un perfectionniste. Cela s'étendait non seulement à son propre travail, mais aussi au travail de ses collègues. En conséquence, il est devenu connu dans la communauté physique comme la « conscience de la physique », le critique envers lequel ses collègues étaient responsables. Il pouvait être cinglant dans son rejet de toute théorie qu'il trouvait lacunaire, la qualifiant souvent de ganz falsch, complètement fausse.
Cependant, ce n'était pas sa critique la plus sévère, qu'il réservait aux théories ou aux thèses présentées de manière si peu claire qu'elles n'étaient pas testables ou évaluables et, ainsi, n'appartenaient pas correctement au domaine de la science, même si elles se donnaient pour telles. Elles étaient pires qu'erronées parce qu'elles ne pouvaient pas être prouvées fausses. Famously, il a une fois dit d'un tel article peu clair : « Ce n'est même pas faux ! »
Son supposé commentaire à la rencontre d'un autre physicien éminente, Paul Ehrenfest, illustre cette notion d'un Pauli arrogant. Les deux se sont rencontrés à une conférence pour la première fois. Ehrenfest était familier avec les articles de Pauli et en était très impressionné. Après quelques minutes de conversation, Ehrenfest a remarqué : « Je crois que j'aime mieux votre article Encyclopédie que je vous aime », auquel Pauli a riposté : « C'est étrange. Avec moi, vous, c'est tout le contraire. » Les deux sont devenus de très bons amis à partir de ce moment.
Une image quelque peu plus chaleureuse émerge de cette histoire, qui apparaît dans l'article sur Dirac :
Werner Heisenberg [dans Physics and Beyond, 1971] se souvient d'une conversation amicale entre jeunes participants à la Solvay Conference de 1927, sur les vues d'Einstein et de Planck sur la religion. Wolfgang Pauli, Heisenberg et Dirac y ont participé. La contribution de Dirac était une critique poignante et claire de la manipulation politique de la religion, qui a été très appréciée pour sa clarté par Bohr, quand Heisenberg la lui a rapportée plus tard. Entre autres choses, Dirac a dit : « Je ne peux pas comprendre pourquoi nous discutons des temps morts sur la religion. Si nous sommes honnêtes - et en tant que scientifiques, l'honnêteté est notre devoir précis - nous ne pouvons pas nous empêcher d'admettre que toute religion est un ensemble de fausses déclarations, dépourvues de fondement réel. L'idée même de Dieu est un produit de l'imagination humaine. [ ... ] Je ne reconnais aucun mythe religieux, au moins parce qu'ils se contredisent les uns les autres. [ ... ] » La vue d'Heisenberg était tolérante. Pauli avait gardé le silence, après quelques remarques initiales. Mais quand enfin on lui a demandé son avis, plaisantant il a dit : « Eh bien, je dirais que notre ami Dirac aussi a une religion et le premier commandement de cette religion est 'Dieu n'existe pas et Paul Dirac est son prophète' ». Tout le monde a éclaté de rire, y compris Dirac.
Beaucoup des idées et résultats de Pauli n'ont jamais été publiés et n'ont apparu que dans ses lettres, qui ont souvent été copiées et distribuées par leurs destinataires. Pauli a peut-être été indifférent au fait que beaucoup de son travail n'ait ainsi pas été crédité, mais quand il s'agissait de la conférence de renommée mondiale de Heisenberg en 1958 à Göttingen sur leur travail conjoint sur une théorie unifiée des champs, et du communiqué de presse qualifiant Pauli de simplementissement un « assistant du professeur Heisenberg », Pauli a été offensé, dénonçant les prouesses physiques d'Heisenberg. La détérioration entre eux a entraîné Heisenberg ignorant les funérailles de Pauli, et écrivant dans son autobiographie que les critiques de Pauli étaient exagérées, bien qu'ultimement la théorie des champs se soit avérée intenable, validant les critiques de Pauli. Pauli a été élu membre étrangère de la Royal Society ForMemRS en 1953. En 1958, il est devenu membre étrangers de la Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences.
Vie personnelle
En mai 1929, Pauli a quitté l'Église catholique romaine. En décembre de cette année, il a épousé Käthe Margarethe Deppner, une danseuse de cabaret. Le mariage a été un mariage malheureux, se terminant par un divorce en 1930 après moins d'un an. Il s'est remarié en 1934 à Franziska Bertram 1901–1987. Ils n'avaient pas d'enfants.
Bibliographie
- 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
