Wolfgang Pauli

Wolfgang Ernst Pauli (født 25. april 1900 i Wien, død 15. desember 1958 i Zürich) var en østerriksk fysiker berømt for sitt arbeid på teorien om spinn og spesielt oppdagelsen av eksklusjonsprinsippet som er fundamentet for all kjemi og elementærpartikkelfysikk. Han ble tildelt Nobelprisen i fysikk i 1945 «for oppdagelsen av eksklusjonsprinsippet, også kalt Paulis eksklusjonsprinsipp».

Biografi 

Pauli ble født i Wien, og foreldrene het Wolfgang Joseph Pauli og Berta Camilla Schütz. Sitt mellomnavn fikk han av sin gudfar, fysikeren Ernst Mach.

Pauli var elev ved Döblinger-Gymnasium i Wien og gikk ut derfra med beste skussmål i 1918. Bare to måneder etter uteksaminering publiserte han sitt første vitenskapelig arbeid, om  Einsteins teori om generell relativitet. Han fulgte forelesninger ved Ludwig-Maximilians-Universität i München og arbeidet under Arnold Sommerfeld, og der mottok han sin doktorgrad i juli 1921 for en avhandling om kvanteteorien for  et ionisert hydrogenmolekyl.

Sommerfeld ba Pauli gjøre en drøfting av relativitet for Encyklopaedie der mathematischen Wissenschaften, et tysk leksikon. To måneder etter at han mottok sin doktorgrad fullførte Pauli artikkelen, som ble på 237 sider. Den ble lovprist av Einstein; utformet som en monografi, er den den dag idag en standardreferanse om emnet.

Han tilbrakte et år ved Georg-August-Universität i Göttingen som Max Borns assistent, og det påfølgende år ved det som skulle bli Niels Bohr Institutet for teoretisk fysikk ved Københavns Universitet. Deretter var han fra 1923 til 1928 foreleser ved Universität Hamburg. I denne perioden var Pauli det i sentrum for utviklingen av den moderne kvantemekaniske teori. Han formulerte konkret utelukkelsesprinsippet og teorien om nonrelativistisk spinn. (Se under for en liste over hans vitenskapelige bidrag.)

I mai 1929 forlot Pauli den katolske kirke, og i desember giftet han seg med Käthe Margarethe Deppner. Det var et ulykkelig ekteskap som endte med skilsmisse i 1930 etter mindre enn ett år.

I begynnelsen av året 1931, kort tid etter skilsmissen og hans umiddelbart påfølgende postulering av nøytrinoet, hadde Pauli et nervøst sammenbrudd. Han oppsøkte psykiateren og psykoterapeuten Carl Jung som i likhet med Pauli bodde nær Zürich. Jung begynte umiddelbart å fortolke hans dypt arketypiske drømmer, og Pauli ble en av dybdepsykologens beste studenter. Snart begynte han å komme med vitenskapelig kritikk av de erkjennelsesteoretiske aspektene ved Jungs teori og bidro på denne måten til en viss oppklaring av sistnevntes tanker, særlig omkring konseptet synkronisitet. En betydelig del av disse diskusjonene er dokumentert i Pauli/Jung-brevene, nå utgitt som «Atom and Archetype» (se under). Jungs analyse av over 400 av Paulis drømmer er beskrevet utførlig i boka «Psykologi og alkymi».

I 1928 ble han tilsatt som professor i teoretisk fysikk ved Eidgenössische Technische Hochschule i Zürich. Han hadde gjesteprofessorat ved University of Michigan i 1931 og ved Institute for Advanced Study i Princeton i 1935. Han mottok den nederlandske Lorentzmedaljen i 1931.

I 1934 giftet han seg med Franca Bertram. Dette ekteskapet skulle vare resten av livet. De to fikk ingen barn sammen.

Den tyske annekteringen av Østerrike i 1938 gjorde ham til tysk statsborger, noe som ble et problem ved utbruddet av andre verdenskrig i 1939. Pauli flyttet til USA i 1940 der han var professor i teoretisk fysikk ved Princeton. Etter avslutningen av krigen ble han i 1946 en naturalisert statsborger av De forente stater før han returnerte til Zürich der han stort sett forble resten av livet.

I 1945 mottok han også Nobelprisen i fysikk for sitt «konsise bidrag gjennom sin oppdagelse av en ny naturlov i 1925, eksklusjonsprinsippet eller Pauliprinsippet.» Han hadde blitt nominert til prisen av Einstein.

I 1958 ble Pauli tildelt Max Planck-medaljen. Samme år fikk han kreft i bukspyttkjertelen. Da hans siste assistent, Charles Enz, besøkte ham på Rotkreuz hospital i Zürich, spurte Pauli ham: «Kan du se romnummeret?» Det var rom nummer 137. Gjennom hele sitt liv hadde Pauli vært fascinert av spørsmålet om hvorfor finstrukturkonstanten, en dimensjonsløs grunnleggende konstant, har en verdi som er tilnærmet lik 1/137. Pauli døde i det rommet den 15. desember 1958.

Vitenskapelig karriere 

Pauli kom i sin karriere som fysiker med mange viktige bidrag, først og fremst innenfor emnet kvantemekanikk. Han publiserte sjelden sine arbeider, men foretrakk isteden uttømmende brevvekslinger med sine kolleger (slik som Niels Bohr og Werner Heisenberg som han også utviklet nære vennskap med.) Mange av hans ideer og resultater ble aldri publisert og framkom kun i disse brevene som ofte ble kopiert og sirkulert av mottakerne. Pauli var tilsynelatende ubekymret over at han ikke skulle få æren for mye av det arbeidet han utførte. De følgende er de arbeidene som har blitt tilskrevet ham:

I 1924 foreslo Pauli en ny frihetsgrad for kvanter for å løse selvmotsigelser mellom observerte molekylære spektra og teorien om kvantemekanikk som var under utvikling. Han formulerte Paulis utelukkelsesprinsipp, hans kanskje viktigste arbeid, som fastslo at to elektroner ikke kan eksistere i den samme kvantetilstand. Forestillingen om spinn hadde sitt opphav hos Ralph Kronig. George Uhlenbeck og Samuel Goudsmit identifiserte ett år senere denne frihetsgraden som elektronets spinn.

I 1926, kort etter at Heisenberg publiserte matriseteorien for moderne kvantemekanikk, brukte Pauli den til å avlede det observerte spektrum for hydrogenatomet. Dette resultatet var viktig for å underbygge troverdigheten til Heisenbergs teori.

I 1927 introduserte han Pauli-matriser som et fundament for spinnoperatorer, og løste på det viset den ikke-relativistiske teorien for spinn. Dette arbeidet påvirket Dirac i hans oppdagelse av Dirac-ligningen for det relativistiske elektronet.

I 1930 observerte Pauli en desintegrerende radioaktiv atomkjerne. I et brev datert 4. desember adressert til «kjære radioaktive damer og herrer» (Lise Meitner og andre) foreslo han eksistensen til en hittil uobservert nøytral partikkel med en liten masse (ikke større enn 1 % av massen til et proton) for å kunne forklare det kontinuerlige spektret til svak vekselvirkning. I 1934 innlemmet Enrico Fermi partikkelen, som han kalte nøytrino, i sin teori om radioaktiv desintegrering. Nøytrinoet ble først observert eksperimentelt i 1959.

I 1940 beviste han spinn-statistikkteoremet, et avgjørende resultat av kvantefeltteori som fastslår at partikler med halvtallsspinn er fermioner mens partikler med heltallsspinn er bosoner.

Personlighet og omdømme 

Paulieffekten har navnet sitt fra en bisarr evne til å ødelegge eksperimentelt utstyr utelukkende ved å være i nærheten. Pauli selv var klar over sitt rykte og frydet seg hver gang Paulieffekten manifesterte seg.

I forhold til fysikk var Pauli berømt for å være en perfeksjonist. Dette strakte seg ikke bare til hans egne arbeider, men også til hans kollegers, Som en følge av det ble han i fysikkretser kjent som «fysikkens samvittighet», kritikeren som hans kolleger var nødt til å stå til ansvar overfor. Han kunne være bitende i sin avvisning av en hvilken som helst teori han ikke fant komplett, og ga den gjerne betegnelsen ganz falsch, helt uriktig. Han er berømt for en gang å ha uttalt om et slikt arbeid: «Det er ikke en gang feil.»

Moderne populærkultur 

I en episode av den animerte fjernsynsserien Futurama var det en henvisning til Pauli i en framvisning av ulike øltyper fra det 30. århundre, inkludert «St. Pauli eksklusjonsprinsippøl» (en referanse til ølmerket «St. Pauli Girl Beer».

Relaterte publikasjoner 
 Enz, Charles, P. (2002): No Time to be Brief, A scientific biography of Wolfgang Pauli, Oxford Univ. Press.
 Enz, Charles, P. (1995): "Rationales und Irrationales im Leben Wolfgang Paulis", i: Atmanspacher, H. og andre (1995): Der Pauli-Jung-Dialog, Springer, Berlin.
 Jung, C.G. (1999): Psykologi och alkemi, Natur och Kultur. ISBN 91-27-05781-X
 Pauli, W., Jung, C.G. (1955): The Interpretation of Nature and the Psyche, Random House
 Pauli, W., Jung, C.G. (2001): Atom and Archetype, The Pauli/Jung Letters, 1932-1958, red. C.A. Meier, Princeton, Univ. Press, Princeton, New Jersey.
 Lindorff, David  (1994): Pauli and Jung: The Meeting of Two Great Minds, Quest Books.
 Keve, Tom (2000): Triad: the physicists, the analysts, the kabbalists, Rosenberger & Krausz, London (historical fiction)
 Pais, Abraham (2000): "The Genius of Science", Oxford Press, Oxford.

Referanser

Eksterne lenker 

 Pauli-biografi fra University of St Andrews, Scotland
 Wolfgang Paulis biografi fra nettstedet «Nobel Prize Winners»
 Wolfgang Pauli, Carl Jung og Marie-Louise von Franz
 Fotografier av Pauli fra American Institute of Physics
 Virtuell vandring gjennom Paulis liv

Personer fra Wien
Østerrikske fysikere
Nobelprisvinnere (fysikk)
Personer tilknyttet Princeton University