Il meglio che la maggior parte di noi può sperare di conseguire in fisica è semplicemente comprendere male a un livello più profondo.
Wolfgang Ernst Pauli era un fisico teorico austriaco e successivamente americano/svizzero e uno dei pionieri della fisica quantistica. Nel 1945, dopo essere stato nominato da Albert Einstein, Pauli ricevette il Premio Nobel per la Fisica per il suo "contributo decisivo attraverso la scoperta di una nuova legge della natura, il principio di esclusione o principio di Pauli". La scoperta coinvolse la teoria dello spin, che è la base di una teoria della struttura della materia. Ha anche dimostrato una precocissima attitudine per la fisica ottenendo il suo dottorato all'età di 21 anni nonostante si fosse laureato al liceo a 18 anni, circa l'età media per la laurea.
Biografia
Primi anni
Pauli nacque a Vienna da un chimico Wolfgang Joseph Pauli né Wolf Pascheles, 1869–1955 e sua moglie Bertha Camilla Schütz; sua sorella era Hertha Pauli, scrittrice e attrice. Il secondo nome di Pauli fu dato in onore del suo padrino, il fisico Ernst Mach. I nonni paterni di Pauli provenivano da famiglie ebree prominenti di Praga; il suo bisnonno era l'editore ebreo Wolf Pascheles. Il padre di Pauli si convertì dall'ebraismo al cattolicesimo romano poco prima del suo matrimonio nel 1899. La madre di Pauli, Bertha Schütz, fu cresciuta nella religione cattolica romana di sua madre; suo padre era lo scrittore ebreo Friedrich Schütz. Pauli fu cresciuto come cattolico romano, anche se alla fine lui e i suoi genitori lasciarono la Chiesa. È considerato essere stato un deista e un mistico.
Pauli ha frequentato il Döblinger-Gymnasium a Vienna, laureandosi con distinzione nel 1918. Solo due mesi dopo la laurea, pubblicò il suo primo articolo, sulla teoria della relatività generale di Albert Einstein. Ha frequentato l'Università Ludwig-Maximilians a Monaco, lavorando sotto Arnold Sommerfeld, dove ha ricevuto il suo dottorato nel luglio 1921 per la sua tesi sulla teoria quantistica dell'idrogeno diatomicoionizzato H+2.
Sommerfeld chiese a Pauli di rivedere la teoria della relatività per l'Encyklopädie der mathematischen Wissenschaften Encyclopedia of Mathematical Sciences. Due mesi dopo aver ricevuto il dottorato, Pauli completò l'articolo, che arrivò a 237 pagine. Fu elogiato da Einstein; pubblicato come monografia, rimane un riferimento standard sull'argomento fino ad oggi.
Pauli trascorse un anno all'Università di Göttingen come assistente di Max Born, e l'anno successivo all'Istituto di Fisica Teorica a Copenaghen, che divenne in seguito l'Istituto Niels Bohr nel 1965. Dal 1923 al 1928, fu docente presso l'Università di Amburgo. Durante questo periodo, Pauli fu fondamentale nello sviluppo della moderna teoria della meccanica quantistica. In particolare, ha formulato il principio di esclusione e la teoria dello spin non relativistico.
Nel 1928, fu nominato Professore di Fisica Teorica al Politecnico di Zurigo in Svizzera dove fece progressi scientifici significativi. Ha ricoperto cattedre visitatrici presso l'Università del Michigan nel 1931, e l'Istituto di Studi Avanzati a Princeton nel 1935. Ricevette la Medaglia Lorentz nel 1931.
Alla fine del 1930, poco dopo la sua postulazione del neutrino e immediatamente seguendo il suo divorzio e il suicidio di sua madre, Pauli ha affrontato una crisi personale. Ha consultato lo psichiatra e psicoterapeuta Carl Jung che, come Pauli, viveva vicino a Zurigo. Jung ha immediatamente iniziato a interpretare i sogni profondamente archetipici di Pauli, e Pauli divenne uno dei migliori studenti di Jung. Presto ha iniziato a criticare scientificamente l'epistemologia della teoria di Jung, e questo ha contribuito a un certo chiarimento dei pensieri di quest'ultimo, specialmente sul concetto di sincronicità. Molte di queste discussioni sono documentate nelle lettere Pauli/Jung, oggi pubblicate come Atom and Archetype. L'analisi elaborata di Jung di più di 400 sogni di Pauli è documentata in Psychology and Alchemy.
L'annessione tedesca dell'Austria nel 1938 lo rese cittadino tedesco, il che divenne un problema per lui nel 1939 dopo lo scoppio della Seconda Guerra Mondiale. Nel 1940, ha tentato invano di ottenere la cittadinanza svizzera, che gli avrebbe permesso di rimanere al Politecnico.
Pauli si trasferì negli Stati Uniti nel 1940, dove fu impiegato come professore di fisica teorica all'Istituto di Studi Avanzati. Nel 1946, dopo la guerra, divenne cittadino naturalizzato degli Stati Uniti e successivamente tornò a Zurigo, dove rimase per il resto della sua vita. Nel 1949, gli fu concessa la cittadinanza svizzera.
Nel 1958, Pauli ricevette la medaglia Max Planck. Nello stesso anno, si ammalò di cancro al pancreas. Quando il suo ultimo assistente, Charles Enz, lo visitò all'ospedale Rotkreuz a Zurigo, Pauli gli chiese: "Hai visto il numero della stanza?" Era il numero 137. Per tutta la sua vita, Pauli era stato preoccupato dalla domanda sul perché la costante di struttura fine, una costante fondamentale adimensionale, ha un valore quasi uguale a 1/137. Pauli morì in quella stanza il 15 dicembre 1958.
Ricerca scientifica
Pauli ha fatto molti importanti contributi come fisico, principalmente nel campo della meccanica quantistica. Ha raramente pubblicato articoli, preferendo lunghe corrispondenze con colleghi come Niels Bohr e Werner Heisenberg, con i quali aveva strette amicizie. Molte delle sue idee e risultati non furono mai pubblicati e apparvero solo nelle sue lettere, che erano spesso copiate e diffuse dai loro destinatari.
Pauli ha proposto nel 1924 un nuovo grado di libertà quantico o numero quantico con due possibili valori, per risolvere incoerenze tra gli spettri molecolari osservati e la teoria in via di sviluppo della meccanica quantistica. Ha formulato il principio di esclusione di Pauli, forse il suo lavoro più importante, che affermava che nessun due elettroni potrebbero esistere nello stesso stato quantico, identificato da quattro numeri quantici incluso il suo nuovo grado di libertà a due valori. L'idea dello spin ebbe origine da Ralph Kronig. George Uhlenbeck e Samuel Goudsmit un anno dopo identificarono il nuovo grado di libertà di Pauli come spin dell'elettrone, una scoperta in cui Pauli per molto tempo si rifiutò erroneamente di credere.
Nel 1926, poco dopo che Heisenberg pubblicò la teoria delle matrici della moderna meccanica quantistica, Pauli la usò per derivare lo spettro osservato dell'atomo di idrogeno. Questo risultato è stato importante per garantire credibilità alla teoria di Heisenberg.
Pauli ha introdotto le matrici di Pauli 2 × 2 come base degli operatori di spin, risolvendo così la teoria non relativistica dello spin. Questo lavoro, inclusa l'equazione di Pauli, è talvolta detto aver influenzato Paul Dirac nella sua creazione dell'equazione di Dirac per l'elettrone relativistico, anche se Dirac ha affermato di aver inventato queste stesse matrici in modo indipendente al momento, senza l'influenza di Pauli. Dirac ha inventato matrici di spin simili ma più grandi 4x4 per l'uso nel suo trattamento relativistico dello spin fermionico.
Nel 1930, Pauli considerò il problema del decadimento beta. In una lettera del 4 dicembre a Lise Meitner et al., che iniziava, "Caro radioattive signore e signori", ha proposto l'esistenza di una particella neutra fino ad allora non osservata con una piccola massa, non superiore all'1% della massa di un protone, per spiegare lo spettro continuo del decadimento beta. Nel 1934, Enrico Fermi incorporò la particella, che chiamò neutrino, "piccolo neutro" nella lingua italiana nativa di Fermi, nella sua teoria del decadimento beta. Il neutrino è stato confermato sperimentalmente per la prima volta nel 1956 da Frederick Reines e Clyde Cowan, due anni e mezzo prima della morte di Pauli. Nel ricevere la notizia, rispose via telegramma: "Grazie per il messaggio. Tutto viene a chi sa aspettare. Pauli."
Nel 1940, ha riderivato il teorema dello spin-statistica, un risultato critico della teoria quantistica dei campi che afferma che le particelle con spin semi-intero sono fermioni, mentre le particelle con spin intero sono bosoni.
Nel 1949, ha pubblicato un articolo sulla regolarizzazione Pauli–Villars: la regolarizzazione è il termine per le tecniche che modificano gli integrali matematici infiniti per renderli finiti durante i calcoli, in modo che si possa identificare se le quantità intrinseche infinite nella teoria massa, carica, funzione d'onda formino un insieme finito e quindi calcolabile che può essere ridefinito in termini dei loro valori sperimentali, criterio che è denominato rinormalizzazione, e che rimuove gli infiniti dalle teorie quantistiche dei campi, ma consente anche il calcolo di correzioni di ordine superiore nella teoria delle perturbazioni.
Pauli ha fatto critiche ripetute alla moderna sintesi della biologia evoluzionistica, e i suoi contemporanei ammiratori indicano le modalità di eredità epigenetica come supportive dei suoi argomenti.
Personalità e reputazione
L'effetto Pauli è stato denominato così dall'aneddotica strana capacità di rompere le apparecchiature sperimentali semplicemente stando nelle vicinanze. Pauli era consapevole della sua reputazione ed era entusiasta ogni volta che l'effetto Pauli si manifestava. Questi strani eventi erano in linea con le sue controverse indagini sulla legittimità della parapsicologia, in particolare la sua collaborazione con C. G. Jung sul concetto di sincronicità.
Per quanto riguarda la fisica, Pauli era notoriamente un perfezionista. Questo si estendeva non solo al suo lavoro, ma anche al lavoro dei suoi colleghi. Di conseguenza, divenne noto nella comunità fisica come la "coscienza della fisica", il critico a cui i suoi colleghi dovevano rendere conto. Poteva essere aspro nel suo rifiuto di qualsiasi teoria che trovasse carente, spesso etichettandola come ganz falsch, completamente sbagliata.
Tuttavia, questa non era la sua critica più severa, che riservava alle teorie o tesi presentate in modo così poco chiaro da essere incontestabili o non valutabili e, quindi, non propriamente appartenenti al regno della scienza, anche se si presentavano come tali. Erano peggio che sbagliate perché non potevano essere provate sbagliate. È famoso che una volta ha detto di un articolo così poco chiaro: "Non è nemmeno sbagliato!"
Il suo presunto commento quando ha incontrato un altro fisico importante, Paul Ehrenfest, illustra questa nozione di un Pauli arrogante. I due si incontravano a una conferenza per la prima volta. Ehrenfest aveva familiarità con i documenti di Pauli ed era piuttosto impressionato da loro. Dopo pochi minuti di conversazione, Ehrenfest ha osservato: "Penso che mi piaccia il tuo articolo dell'Enciclopedia più di quanto mi piaccia te," a cui Pauli ha replicato, "È strano. Con me, riguardante te, è esattamente il contrario." I due divennero ottimi amici da quel momento in poi.
Un quadro piuttosto più caldo emerge da questa storia, che appare nell'articolo su Dirac:
Werner Heisenberg [in Physics and Beyond, 1971] ricorda una conversazione amichevole tra i giovani partecipanti della Conferenza Solvay del 1927, sulle opinioni di Einstein e Planck sulla religione. Wolfgang Pauli, Heisenberg e Dirac hanno partecipato. Il contributo di Dirac era una critica toccante e chiara della manipolazione politica della religione, che è stata molto apprezzata per la sua lucidità da Bohr, quando Heisenberg gliela ha riferita in seguito. Tra le altre cose, Dirac ha detto: "Non riesco a capire perché stiamo oziando a discutere di religione. Se siamo onesti – e come scienziati l'onestà è il nostro dovere preciso – non possiamo fare a meno di ammettere che qualsiasi religione è un insieme di false affermazioni, prive di qualsiasi fondamento reale. L'idea stessa di Dio è un prodotto dell'immaginazione umana. [ ... ] Non riconosco nessun mito religioso, almeno perché si contraddicono l'un l'altro. [ ... ]" La visione di Heisenberg era tollerante. Pauli era rimasto in silenzio, dopo alcuni commenti iniziali. Ma quando finalmente gli è stato chiesto il suo parere, scherzosamente ha detto: "Bene, direi che anche il nostro amico Dirac ha una religione e il primo comandamento di questa religione è 'Dio non esiste e Paul Dirac è il suo profeta'". Tutti scoppiarono a ridere, incluso Dirac.
Molte delle idee e dei risultati di Pauli non furono mai pubblicati e apparvero solo nelle sue lettere, che erano spesso copiate e diffuse dai loro destinatari. Pauli potrebbe non aver avuto preoccupazioni che gran parte del suo lavoro così non fu accreditato, ma quando si trattava della celebre lezione del 1958 di Heisenberg a Göttingen sul loro lavoro congiunto su una teoria unificata dei campi, e il comunicato stampa che chiamava Pauli un mero "assistente del Professor Heisenberg", Pauli si è offeso, denunciando le capacità di fisica di Heisenberg. Il deterioramento tra loro ha portato Heisenberg a ignorare il funerale di Pauli, e ha scritto nella sua autobiografia che le critiche di Pauli erano eccessive, anche se in definitiva la teoria dei campi si è rivelata insostenibile, convalidando le critiche di Pauli. Pauli è stato eletto Membro Straniero della Royal Society ForMemRS nel 1953. Nel 1958 è diventato membro straniero della Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences.
Vita personale
Nel maggio 1929, Pauli lasciò la Chiesa cattolica romana. Nel dicembre dello stesso anno, sposò Käthe Margarethe Deppner, una ballerina di cabaret. Il matrimonio fu infelice, terminando con un divorzio nel 1930 dopo meno di un anno. Si risposò nel 1934 con Franziska Bertram 1901–1987. Non avevano figli.
Bibliografia
- 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 Archetype.
