Wolfgang Pauli

Wolfgang Ernst Pauli (Duitse fonetiese uitspraak: ˈvɔlfɡaŋ ˈpaʊli; 25 April 1900 – 15 Desember 1958) was 'n Oostenrykse (en later Amerikaanse/Switserse) teoretiese fisikus en een van die pioniere van kwantumfisika. In 1945, nadat hy benoem is deur Albert Einstein, het Pauli die Nobelprys vir Fisika ontvang vir sy "beslissende bydrae deur sy ontdekking van 'n nuwe natuurwet, die uitsluitingsbeginsel of Pauli-beginsel". Die ontdekking hou verband met spin-teorie, wat die basis is van 'n teorie van die struktuur van materie.

Biografie

Vroeë jare 
Pauli is in Wene gebore as die seun van die chemikus Wolfgang Joseph Pauli (né Wolf Pascheles, 1869–1955) en sy vrou Bertha Camilla Schütz; sy suster was Hertha Pauli, 'n skrywer en aktrise. Pauli se middelnaam is gegee ter ere van sy peetpa, die fisikus Ernst Mach. Pauli se grootouers aan vaderskant was afkomstig van vooraanstaande Joodse families uit Praag; sy oupagrootjie was die Joodse uitgewer Wolf Pascheles.  Pauli se vader het hom kort voor sy huwelik in 1899 van die Judaïsme tot die Rooms-Katolisisme bekeer. Pauli se moeder, Bertha Schütz is grootgemaak volgens die Rooms-Katolieke godsdiens van haar moeder; haar vader was die Joodse skrywer Friedrich Schütz. Pauli is as Rooms-Katoliek grootgemaak, hoewel hy en sy ouers uiteindelik die kerk verlaat het. Hy word allerweë beskou as 'n aanhanger van die Deïsme en as 'n mistikus.

Wat sy hoërskoolopleiding betref het Pauli die Döblinger-Gimnasium in Wene bygewoon waar hy met onderskeiding in 1918 gematrikuleer het. Slegs twee maande na sy matrikulasie publiseer hy sy eerste wetenskaplike stuk oor Albert Einstein se teorie van algemene relatiwiteit. Hy woon die Ludwig-Maximilians-universiteit in München by waar hy onder Arnold Sommerfeld studeer en in Julie 1921 sy PhD verwerf vir sy verhandeling oor die kwantumteorie van geïoniseerde diatomiese waterstof ().

Sommerfeld het Pauli versoek om die relatiwiteitsteorie na te vors vir die Encyklopädie der mathematischen Wissenschaften (Ensiklopedie van Wiskundige Wetenskappe). Twee maande nadat hy sy doktoraat ontvang het, het Pauli die artikel voltooi, bestaande uit 'n ontsagwekkende 237 bladsye. Einstein het die werk geprys. Dit is gepubliseer as 'n monograaf, en is vandag steeds 'n standaardwerk oor die onderwerp.

Pauli het 'n jaar aan die Universiteit van Göttingen deurgebring as assistent van Max Born, en die jaar daarna aan die Instituut vir Teoretiese Fisika in Kopenhagen, wat later in 1965 die Niels Bohr Instituut geword het. Van 1923 tot 1928 was hy dosent aan die Universiteit van Hamburg. Gedurende hierdie tydperk was Pauli instrumenteel in die ontwikkeling van die moderne teorie van kwantummeganika. In die besonder het hy die uitsluitingsbeginsel en die teorie van nie-relatiwistiese spin geformuleer.

In 1928 word hy aangestel as professor in teoretiese fisika aan ETH Zurich in Switserland, waar hy belangrike wetenskaplike vordering gemaak het. Hy het in 1931 besoekende professorate aan die Universiteit van Michigan gehou, en in 1935 aan die Instituut vir Gevorderde Studie in Princeton, New Jersey. Die Lorentz-medalje is in 1931 aan hom toegeken. 

Aan die einde van 1930, kort na sy hipotese oor die neutrino en onmiddellik na sy egskeiding en die selfmoord van sy moeder, het Pauli 'n persoonlike krisis beleef. Hy het die psigiater en psigoterapeut Carl Jung geraadpleeg, wat net soos Pauli naby Zürich gewoon het. Jung het dadelik Pauli se diep argetipiese drome begin interpreteer, en Pauli het weldra een van Jung se beste studente geword. Hy het spoedig die epistemologie van Jung se teorie wetenskaplik begin kritiseer, en dit het bygedra tot 'n sekere verheldering van Jung se gedagtes, veral oor die begrip sinkronisiteit. Baie van hierdie besprekings is gedokumenteer in die Pauli/Jung-briewe, wat vandag gepubliseer word as Atom and Archetype. Jung se uitgebreide ontleding van meer as 400 van Pauli se drome word gedokumenteer in Psychology and Alchemy.

Die Duitse anneksasie van Oostenryk in 1938 het van hom 'n Duitse burger gemaak, wat in 1939 vir hom problematies geword het na die uitbreek van die Tweede Wêreldoorlog. In 1940 het hy tevergeefs probeer om Switserse burgerskap te bekom, wat hom in staat sou gestel het om aan die ETH te bly. 

Pauli verhuis in 1940 na die Verenigde State, waar hy as professor in teoretiese fisika aan die Instituut vir Gevorderde Studies werk. In 1946, na die oorlog, word hy 'n genaturaliseerde burger van die Verenigde State en keer daarna terug na Zürich, waar hy vir die res van sy lewe woon. In 1949 is Switserse burgerskap aan hom toegeken.

In 1958 is die Max Planck-medalje aan Pauli toegeken. In dieselfde jaar het hy pankreaskanker opgedoen. Toe sy laaste assistent, Charles Enz, hom in die Rotkreuz-hospitaal in Zürich besoek het, het Pauli hom gevra: "Het jy die kamernommer gesien?" Dit was nommer 137. Pauli was gedurende sy hele lewe ge-preokkupeer met die vraag van waarom die fyn struktuurkonstante, 'n dimensielose fundamentele konstante, 'n waarde het wat byna soortgelyk is aan 1/137.  Pauli sterf op 15 Desember 1958 in dié kamer.

Wetenskaplike navorsing 
Pauli het as fisikus baie belangrike bydraes gelewer, hoofsaaklik op die gebied van kwantummeganika. Hy het selde referate gepubliseer, en uitgebreide korrespondensie met kollegas soos Niels Bohr en Werner Heisenberg verkies met wie hy hegte vriendskappe gehad het. Baie van sy idees en resultate is nooit gepubliseer nie en verskyn slegs in sy briewe, wat dikwels deur hul ontvangers gekopieër en versprei is.

Pauli het in 1924 'n nuwe kwantumvryheidsgraad (of kwantumgetal) met twee moontlike waardes voorgestel om teenstrydighede tussen waargenome molekulêre spektra en die ontwikkelende teorie van kwantummeganika op te los. Hy het die Pauli-uitsluitingsbeginsel geformuleer, miskien sy belangrikste werk, wat verklaar dat geen twee elektrone in dieselfde kwantumtoestand kan bestaan nie, geïdentifiseer deur vier kwantumgetalle, insluitend sy nuwe twee-waarde kwantumvryheidsgraad. Die idee van spin het sy oorsprong by Ralph Kronig. George Uhlenbeck en Samuel Goudsmit het een jaar later Pauli se nuwe kwantumvryheidsgraad geïdentifiseer as elektron spin, 'n ontdekking wat Pauli vir 'n lang tyd foutiewelik geweier het om aan te glo.

In 1926, kort nadat Heisenberg die matriksteorie van moderne kwantummeganika gepubliseer het, gebruik Pauli dit om die waargenome spektrum van die waterstofatoom af te lei. Hierdie resultaat was belangrik om die geloofwaardigheid van Heisenberg se teorie te verseker.

Pauli het die 2 × 2 Pauli-matrikse bekendgestel as 'n basis van spinoperateurs, en daarmee sodoende die nie-relatiwistiese teorie van spin opgelos. Daar word soms gesê dat hierdie werk, insluitend die Pauli-vergelyking, Paul Dirac beïnvloed het in sy skepping van die Dirac-vergelyking vir die relativistiese elektron, alhoewel Dirac gesê het dat hy destyds selfstandig dieselfde matrikse uitgevind het, sonder die invloed van Pauli. Dirac het soortgelyke, maar groter (4x4) spinmatrikse uitgevind vir gebruik in sy relativistiese behandeling van fermioniese spin.

In 1930 het Pauli die probleem van beta-vervalling oorweeg. In 'n brief van 4 Desember aan Lise Meitner 'et al.' ', beginnende met "Geagte radioaktiewe dames en here", het hy die bestaan van 'n tot dusver onopgemerkte neutrale deeltjie met 'n klein massa, nie meer as 1% die massa van 'n proton nie voorgestel, ten einde die deurlopende spektrum van beta-verval te verklaar. In 1934 het Enrico Fermi die deeltjie, wat hy 'n neutrino, d.w.s. "klein neutral enetjie" in Fermi se oorspronklike Italiaans, genoem het, geïnkorporeer in sy teorie van beta-verval. Die neutrino is in 1956 vir die eerste keer deur Frederick Reines en Clyde Cowan eksperimenteel bevestig, twee en 'n half jaar voor Pauli se dood. Toe hy die nuus ontvang, antwoord hy per telegram: "Dankie vir die boodskap. Alles word weldra duidelik vir dié wat weet hoe om [daarvoor] te wag. Pauli."

In 1940 herlei hy die spin-statistiese-stelling, 'n kritiese resultaat van die kwantumveldteorie wat beweer dat deeltjies met 'n halfgetal spin fermione is, terwyl deeltjies met heelgetal spin bosons is.

In 1949 publiseer hy 'n referaat oor Pauli–Villars-regularisasie: regularisasie is die term vir tegnieke wat oneindige wiskundige integrale verander ten einde hulle beperk en vasgesteld tydens berekeninge te maak, sodat 'n mens kan identifiseer of die intrinsiek oneindige kwantiteite (onbeperktes) in die teorie (massa , lading, golffunksie) 'n vasgestelde en dus berekenbare versameling vorm wat herdefinieer kan word in terme van hul eksperimentele waardes, welke kriteria as hernormalisering bekendstaan en onbeperktes uit kwantumveldteorieë verwyder, maar ook die berekening van hoërorde-korreksies in versteuringsteorie moontlik maak.

Pauli het herhaaldelik kritiek gelewer op die moderne sintese van Evolusionêre biologie. Sy kontemporêre bewonderaars verwys na modusse van epigenetiese erfenis as ondersteuning vir sy argumente.

Persoonlikheid en reputasie 

Die Pauli-effek is vernoem na sy anekdotiese en bisarre vermoë om eksperimentele toerusting te breek deur bloot in die nabyheid daarvan te verkeer. Pauli was bewus van sy reputasie en was verheug wanneer die Pauli-effek hom openbaar het. Hierdie vreemde gebeure strook met sy kontroversiële ondersoek na die geloofwaardigheid van parapsigologie, veral sy samewerking met Carl Jung oor die konsep van sinkronisiteit. 

Wat fisika betref, was Pauli 'n perfeksionis. Dit strek nie net tot sy eie werk nie, maar ook tot die werk van sy kollegas. As gevolg hiervan het hy in die fisika-gemeenskap bekend geword as die "gewete van fisika", die kritikus aan wie sy kollegas verantwoordbaar was. Hy kon enige teorie wat na sy oordeel gebrekkig was afwys en verwerp, en sou dit dikwels bestempel as "ganz falsch", gans en al verkeerd.

Hierdie kritiek was egter nie sy skerpste kritiek nie, want dié het hy gereserveer vir teorieë of proefskrifte wat so onduidelik voorgelê is dat dit nie getoets of geoordeel kon word nie; dus nie na behore binne die wetenskaplike gebied nie, alhoewel die teorie of werk hulle voorgedoen het as sodanig. Dit was erger as verkeerd, want dit kon nie verkeerd bewys word nie. Hy het eenkeer oor so 'n onduidelike stuk gesê: "Dit is nie eens verkeerd nie!"

Sy veronderstelde opmerking tydens 'n ontmoeting met 'n vooraanstaande fisikus, Paul Ehrenfest, illustreer die idee van 'n arrogante Pauli. Die twee het mekaar vir die eerste keer tydens 'n konferensie ontmoet. Ehrenfest was vertroud met Pauli se werk en was baie beïndruk daarmee. Na 'n paar minute se gesprek het Ehrenfest opgemerk: "Ek dink ek hou meer van jou Ensiklopedie-artikel [oor relatiwiteitsteorie] as wat ek van jou hou", waarop Pauli teruggekap het: "Dit is vreemd. Met my is dit net die teenoorgestelde." Die twee het van toe af hegte vriende geword.

'n Ietwat meer goedhartige indruk blyk uit die volgende verhaal, wat in 'n artikel oor Dirac verskyn:

 Werner Heisenberg [in Physics and Beyond, 1971], roep 'n vriendelike gesprek tussen jong deelnemers aan die Solvay-konferensie in 1927 oor Einstein en Planck se siening oor godsdiens in herinnering op. Wolfgang Pauli, Heisenberg en Dirac het daaraan deelgeneem. Dirac se bydrae was 'n aangrypende kritiek op die politiese manipulasie van godsdiens, wat deur Bohr waardeer is vir die welsprekendheid daarvan, toe Heisenberg dit later aan hom gerapporteer het. Dirac het onder andere gesê: "Ek kan nie verstaan waarom ons op ledige wyse oor godsdiens gesels nie. Indien ons eerlik is - en as wetenskaplikes is eerlikheid ons presiese plig - kan ons nie anders as om te erken dat enige godsdiens 'n klomp valse verklarings is nie, ontneem van enige ware fondament. Die idee van God is 'n produk van die menslike verbeelding. [...] Ek erken geen godsdienstige mites nie omdat hulle mekaar weerspreek. [...]" Heisenberg se siening was verdraagsaam. Pauli het na 'n paar aanvanklike opmerkings geswyg. Maar toe hy uiteindelik om sy mening gevra word, het hy grappenderwys gesê: "Wel, ek sou sê dat ook ons vriend Dirac 'n godsdiens aanhang en dat die eerste gebod van hierdie godsdiens is dat 'God nie bestaan nie en dat Paul Dirac sy profeet is'." Almal het spontaan uitgebars van die lag, ook Dirac. 

Baie van Pauli se idees en resultate is nooit gepubliseer nie en verskyn slegs in sy briewe, wat dikwels deur hul ontvangers gekopieër en versprei is. Pauli was miskien nie baie bekommerd dat baie van sy werk nie erken is nie, maar toe dit by Heisenberg se wêreldbekende 1958-lesing in Göttingen oor hul gesamentlike werk aan 'n verenigde veldteorie kom, en die persverklaring dat Pauli 'n blote "assistent van professor Heisenberg" is, het Pauli aanstoot geneem en Heisenberg se aanleg vir fisika aangeval. Die agteruitgang van hulle verhouding het daartoe gelei dat Heisenberg Pauli se begrafnis geïgnoreer het, en in sy outobiografie geskryf het dat Pauli se kritiek oorspanne was, alhoewel die veldteorie uiteindelik wel onhoudbaar bevind is, wat Pauli se kritiek staaf.  Pauli is in 1953 verkies as Buitelandse lid van die Royal Society.  In 1958 het hy 'n buitelandse lid van die Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen geword.

Persoonlike lewe 

In Mei 1929 het Pauli die Rooms-Katolieke Kerk verlaat. In Desember van daardie jaar is hy getroud met Käthe Margarethe Deppner, 'n kabaretdanser. Die huwelik was egter nie gelukkig nie en het in 1930 na minder as 'n jaar in die egskeidingshof geëindig. Hy is in 1934 weer getroud met Franziska Bertram (1901–1987). Hulle het geen kinders gehad nie.

Bibliografie

Verwysings

Verdere leeswerk

Eksterne skakels 

 Pauli bio deur die Universiteit van St Andrews, Skotland
 Wolfgang Pauli bio by "Nobel Prize Winners"
 Wolfgang Pauli, Carl Jung en Marie-Louise von Franz
 Virtuele deurstap tentoonstelling van die lewe en tye van Pauli 
 Ge-annoteerde bibliografie vir Wolfgang Pauli van die Alsos Digitale Biblioteek vir Kern aangeleenthede 
 Pauli Argiewe by CERN Dokument-bediener
 Virtuele tentoonstelling  by die ETH-Bibliothek, Zürich
 Key Participants: Wolfgang Pauli – Linus Pauling and the Nature of the Chemical Bond: A Documentary History
 Pauli se brief (Desember 1930), die hipotese van die neutrino (aanlyn en ge-analiseer)
 Uitsluitingsbeginsel van Pauli met Melvyn Bragg, Frank Close, Michela Massimi, Graham Farmelo "In Our Time 6 April 2017"

Geboortes in 1900
Sterftes in 1958
Amerikaanse akademici
Amerikaanse fisici
Amerikaanse Jode
Oostenrykse Jode
Oostenrykse wetenskaplikes
Switserse Jode
Switserse wetenskaplikes
Teoretiese fisici
Nobelprys vir Fisika wenners