וולפגנג פאולי
וולפגנג ארנסט פאולי (25 באפריל 1900 – 15 בדצמבר 1958) היה פיזיקאי תאורטי אוסטרי וחלוץ מכניקת הקוונטים. בשנת 1945, לאחר שהיה מועמד על ידי אלברט איינשטיין, קיבל פאולי את פרס נובל לפיזיקה "על גילוי עקרון האיסור, הנקרא גם עקרון פאולי". הגילוי כלל את תורת הספין, המהווה בסיס לתאוריה של מבנה החומר.
כדי לשמר את שימור האנרגיה בדעיכת בטא, הציע פאולי את קיומו של חלקיק נייטרלי קטן, שזכה לכינוי "נייטרינו" על ידי אנריקו פרמי, בשנת 1930. נייטרינו התגלו לראשונה בשנת 1956.
ביוגרפיה
וולפגנג ארנסט פאולי נולד ב-25 באפריל 1900 בווינה, בנם של וולפגנג יוזף פאולי (לבית פאשלס) וברתה קמילה שוץ. אחותו הייתה הרטה פאולי, סופרת ושחקנית. שמו האמצעי ניתן לכבוד סנדקו, הפיזיקאי ארנסט מאך. סביו מצד אביו היו ממשפחות יהודיות בולטות בפראג; סבא-רבא שלו היה המוציא לאור היהודי וולף פאשלס. ברתה גדלה באמונתה הקתולית של אמה; אביה היה הסופר היהודי פרידריך שוץ. פאולי גדל גם הוא כקתולי.
פאולי למד בגימנסיה דבלינגר בווינה, וסיים בהצטיינות בשנת 1918. חודשיים לאחר מכן, פרסם את מאמרו הראשון, על תורת היחסות הכללית של אלברט איינשטיין. הוא למד אצל ארנולד זומרפלד באוניברסיטת לודוויג מקסימיליאן במינכן, שם קיבל את הדוקטורט שלו בשנת 1921 עם תזה על תורת הקוונטים של מימן דו-אטומי מיונן (H2).
זומרפלד ביקש מפאולי לסקור את תורת היחסות עבור האנציקלופדיה למדעי המתמטיקה. חודשיים לאחר קבלת הדוקטורט שלו, השלים פאולי את המאמר, שהגיע ל-237 עמודים. איינשטיין שיבח אותו ופרסם אותו כמונוגרפיה. הוא נותר התייחסות סטנדרטית לנושא.
פאולי בילה שנה באוניברסיטת גטינגן כעוזר למקס בורן, ובשנה שלאחר מכן באוניברסיטת קופנהגן.
מ-1923 עד 1928, פאולי היה מרצה באוניברסיטת המבורג. בתקופה זו, הוא היה גורם מרכזי בפיתוח התאוריה המודרנית של מכניקת הקוונטים. בפרט, הוא ניסח את עקרון האיסור ואת התאוריה של ספין לא-יחסותי.
בשנת 1928, מונה פאולי לפרופסור לפיזיקה תאורטית ב-ETH ציריך בשווייץ. הוא זכה במדליית לורנץ בשנת 1930. הוא החזיק במשרות פרופסור אורח באוניברסיטת מישיגן ב-1931 ובמכון למחקר מתקדם בפרינסטון ב-1935.
הסיפוח הגרמני של אוסטריה ב-1938 הפך את פאולי לאזרח גרמני, מה שהפך לבעיה עבורו ב-1939 כאשר פרצה מלחמת העולם השנייה. בשנת 1940, הוא ניסה לשווא להשיג אזרחות שווייצרית, שהייתה מאפשרת לו להישאר ב-ETH. באותה שנה, הוא עבר לארצות הברית ומונה לפרופסור לפיזיקה תאורטית במכון למחקר מתקדם. בשנת 1946, הוא הפך לאזרח ארה"ב והתאזרח וחזר לציריך, שם נשאר לשארית חייו. בשנת 1949, הוענקה לו אזרחות שווייצרית.
קרל יונג
בסוף 1930, מיד לאחר גירושיו ומות אמו, חווה פאולי משבר אישי. בינואר 1932, הוא התייעץ עם הפסיכיאטר והפסיכותרפיסט קרל יונג, שגם הוא חי ליד ציריך. יונג החל מיד לפרש את חלומותיו הארכיטיפיים העמוקים של פאולי ופאולי הפך למשתף פעולה של יונג. הוא החל עד מהרה לבקר את האפיסטמולוגיה של התאוריה של יונג באופן מדעי, וזה תרם להבהרה מסוימת של רעיונותיו של יונג, במיוחד לגבי סינכרוניות. רבות מדיונים אלו מתועדות במכתבי פאולי/יונג, שפורסמו כיום כ"אטום וארכיטיפ". הניתוח המפורט של יונג ליותר מ-400 מחלומותיו של פאולי מתועד ב"פסיכולוגיה ואלכימיה". בשנת 1933 פרסם פאולי את החלק השני של ספרו על פיזיקה, Handbuch der Physik, שנחשב לספר הסופי על התחום החדש של פיזיקת הקוונטים. רוברט אופנהיימר כינה אותו "ההקדמה המבוגרת היחידה למכניקת הקוונטים."
מחקר
פאולי תרם תרומות חשובות רבות כפיזיקאי, בעיקר בתחום מכניקת הקוונטים. הוא פרסם לעיתים רחוקות מאמרים, והעדיף התכתבויות ארוכות עם עמיתים כמו נילס בוהר מאוניברסיטת קופנהגן בדנמרק וורנר הייזנברג, איתם היו לו קשרי ידידות קרובים. רבים מרעיונותיו ותוצאותיו מעולם לא פורסמו והופיעו רק במכתביו, שלעיתים קרובות הועתקו והופצו על ידי נמעניהם. בשנת 1921 עבד פאולי עם בוהר כדי ליצור את עקרון הבנייה (Aufbau Principle), שתיאר בניית אלקטרונים בקליפות המבוסס על המילה הגרמנית לבנייה, שכן בוהר היה דובר גרמנית שוטפת.
פאולי הציע בשנת 1924 דרגת חופש קוונטית חדשה (או מספר קוונטי) עם שני ערכים אפשריים, כדי לפתור חוסר עקביות בין ספקטרומים מולקולריים נצפים לבין התאוריה המתפתחת של מכניקת הקוונטים. הוא ניסח את עקרון האיסור של פאולי, אולי עבודתו החשובה ביותר, שקבעה שאף שני אלקטרונים לא יכולים להתקיים באותו מצב קוונטי, המזוהה על ידי ארבעה מספרים קוונטיים כולל דרגת החופש החדשה שלו בעלת שני הערכים. הרעיון של ספין מקורו אצל ראלף קרוניג. שנה לאחר מכן, ג'ורג' אולנבק וסמואל גאודסמיט זיהו את דרגת החופש החדשה של פאולי כספין אלקטרוני, שפאולי סירב להאמין בו במשך זמן רב מאוד.
בשנת 1926, זמן קצר לאחר שהייזנברג פרסם את תורת המטריצות של מכניקת הקוונטים המודרנית, השתמש בה פאולי כדי לגזור את הספקטרום הנצפה של אטום המימן. תוצאה זו הייתה חשובה בהבטחת אמינות לתאוריה של הייזנברג.
פאולי הציג את מטריצות פאולי 2x2 כבסיס למפעילי ספין, ובכך פתר את התאוריה הלא-יחסותית של ספין. עבודה זו, כולל משוואת פאולי, נאמרת לעיתים שהשפיעה על פול דיראק ביצירת משוואת דיראק עבור האלקטרון היחסותי, אם כי דיראק אמר שהוא המציא את אותן מטריצות בעצמו באופן עצמאי באותה עת. דיראק המציא מטריצות ספין דומות אך גדולות יותר (4x4) לשימוש בטיפול היחסותי שלו בספין פרמיוני.
Twenty questions, eight minutes on the clock, and a percentile measured against everyone who has taken it. No sign-up.
Take the IQ test →בשנת 1930, שקל פאולי את בעיית דעיכת הבטא. במכתב מה-4 בדצמבר לליזה מייטנר ואחרים, המתחיל ב"גבירותיי ורבותיי הרדיואקטיביים היקרים", הוא הציע את קיומו של חלקיק נייטרלי שלא נצפה עד כה עם מסה קטנה, לא גדולה מ-1% ממסת פרוטון, כדי להסביר את הספקטרום הרציף של דעיכת בטא. בשנת 1934, אנריקו פרמי שילב את החלקיק, שאותו כינה נייטרינו, "נייטרלי קטן" באיטלקית שפת האם של פרמי, בתאוריה שלו לדעיכת בטא. הנייטרינו אושר לראשונה ניסויית בשנת 1956 על ידי פרדריק ריינס וקלייד קוואן, שנתיים וחצי לפני מותו של פאולי. עם קבלת הידיעה, הוא השיב במברק: "תודה על ההודעה. הכל מגיע למי שיודע לחכות. פאולי."
בשנת 1940, גזר פאולי מחדש את משפט ספין-סטטיסטיקה, תוצאה קריטית של תורת השדות הקוונטית הקובעת שחלקיקים עם ספין חצי-שלם הם פרמיונים, בעוד שחלקיקים עם ספין שלם הם בוזונים.
בשנת 1949, הוא פרסם מאמר על רגולריזציה של פאולי-וילארס: רגולריזציה היא המונח לטכניקות שמשנות אינטגרלים מתמטיים אינסופיים כדי להפוך אותם לסופיים במהלך חישובים, כך שניתן לזהות אם הכמויות האינסופיות במהותן בתאוריה (מסה, מטען, פונקציית גל) יוצרות קבוצה סופית ולכן ניתנת לחישוב שניתן להגדיר מחדש במונחים של ערכיהן הניסיוניים, קריטריון המכונה רנורמליזציה, אשר מסיר אינסופים מתורות שדות קוונטיות, אך גם מאפשר באופן חשוב את החישוב של תיקונים מסדר גבוה יותר בתורת ההפרעות.
פאולי השמיע ביקורות חוזרות ונשנות על הסינתזה המודרנית של הביולוגיה האבולוציונית, ומעריציו העכשוויים מצביעים על מצבי תורשה אפיגנטית כתומכים בטיעוניו.
פול דרודה הציע בשנת 1900 את המודל התאורטי הראשון לאלקטרון קלאסי הנע דרך מוצק מתכתי. המודל הקלאסי של דרודה הוגדל גם על ידי פאולי ופיזיקאים אחרים. פאולי הבין שהאלקטרונים החופשיים במתכת חייבים לציית לסטטיסטיקה של פרמי-דיראק. באמצעות רעיון זה, הוא פיתח את תורת הפאראמגנטיות בשנת 1926. פאולי אמר, "Festkörperphysik ist eine Schmutzphysik" – פיזיקת מצב מוצק היא פיזיקה של לכלוך.
אישיות וידידות
אפקט פאולי נקרא על שם יכולתו האנקדוטלית המוזרה לשבור ציוד ניסויי פשוט על ידי הימצאותו בקרבתו. פאולי היה מודע למוניטין שלו והיה מרוצה בכל פעם שאפקט פאולי התבטא. אירועים מוזרים אלו היו בקנה אחד עם חקירותיו השנויות במחלוקת על הלגיטימיות של פאראפסיכולוגיה, במיוחד שיתוף הפעולה שלו עם ק. ג. יונג על סינכרוניות. מקס בורן החשיב את פאולי "בר השוואה רק לאיינשטיין עצמו... אולי אפילו גדול יותר". איינשטיין הכריז על פאולי כ"יורשו הרוחני".
פאולי היה ידוע כפרפקציוניסט. זה התרחב לא רק לעבודתו שלו, אלא גם לזו של עמיתיו. כתוצאה מכך, הוא נודע בקהילת הפיזיקה כ"מצפון הפיזיקה", המבקר שאליו עמיתיו היו אחראים. הוא יכול היה להיות נוקב בביטולו של כל תאוריה שמצא חסרה, לעיתים קרובות מתייג אותה כ-ganz falsch, "שגויה לחלוטין".
אך זו לא הייתה הביקורת החמורה ביותר שלו, אותה שמר לתאוריות או תזות שהוצגו בצורה לא ברורה עד כדי כך שלא ניתן לבדוק או להעריך אותן ולכן אינן שייכות כראוי לתחום המדע, למרות שהן מתחזות לכאלה. הן היו גרועות יותר משגויות כי לא ניתן היה להוכיח שהן שגויות. באופן מפורסם, הוא אמר פעם על מאמר לא ברור כזה: "זה אפילו לא שגוי!"
הערתו המשוערת בעת פגישה עם פיזיקאי מוביל אחר, פול ארנפסט, ממחישה את הרעיון הזה של פאולי יהיר. השניים נפגשו בכנס בפעם הראשונה. ארנפסט הכיר את מאמריו של פאולי והתרשם מהם מאוד. לאחר כמה דקות של שיחה, העיר ארנפסט, "אני חושב שאני אוהב את מאמר האנציקלופדיה שלך [על תורת היחסות] יותר מאשר אני אוהב אותך," שעל כך השיב פאולי, "זה מוזר. אצלי, לגביך, זה בדיוק ההפך." השניים הפכו לחברים טובים מאוד מאז.
תמונה חמה במקצת עולה מסיפור זה, המופיע במאמר על דיראק:
> ורנר הייזנברג [בפיזיקה ומעבר, 1971] נזכר בשיחה ידידותית בין משתתפים צעירים בוועידת סולווה ב-1927, על השקפותיהם של איינשטיין ופלנק על דת. וולפגנג פאולי, הייזנברג ודיראק לקחו בה חלק. תרומתו של דיראק הייתה ביקורת נוקבת וברורה על המניפולציה הפוליטית של הדת, שהוערכה מאוד בשל בהירותה על ידי בוהר, כאשר הייזנברג דיווח לו על כך מאוחר יותר. בין היתר, אמר דיראק: "איני יכול להבין מדוע אנו מתבטלים בדיון על דת. אם אנו כנים – וכמדענים כנות היא חובתנו המדויקת – איננו יכולים שלא להודות שכל דת היא חבילה של הצהרות שקריות, משוללת כל בסיס אמיתי. הרעיון עצמו של אלוהים הוא תוצר של דמיון אנושי. [...] איני מכיר בשום מיתוס דתי, לפחות בגלל שהם סותרים זה את זה. [...]" השקפתו של הייזנברג הייתה סובלנית. פאולי שתק, לאחר כמה הערות ראשוניות. אך כאשר לבסוף נשאל לדעתו, הוא אמר בבדיחות: "ובכן, הייתי אומר שגם לחברנו דיראק יש דת והדיבר הראשון של דת זו הוא 'אלוהים אינו קיים ופול דיראק הוא נביאו'". כולם פרצו בצחוק, כולל דיראק.
רבים מרעיונותיו ותוצאותיו של פאולי מעולם לא פורסמו והופיעו רק במכתביו, שלעיתים קרובות הועתקו והופצו על ידי נמעניהם. פאולי אולי לא היה מודאג מכך שחלק גדול מעבודתו נותר ללא קרדיט, אך כשזה הגיע להרצאה המפורסמת בעולם של הייזנברג ב-1958 בגטינגן על עבודתם המשותפת על תורת שדה מאוחדת, והודעה לעיתונות שכינתה את פאולי רק "עוזר לפרופסור הייזנברג", פאולי נעלב, וגינה את יכולת הפיזיקה של הייזנברג. הידרדרות מערכת היחסים ביניהם הביאה לכך שהייזנברג התעלם מהלווייתו של פאולי, וכתב באוטוביוגרפיה שלו שהביקורות של פאולי היו מוגזמות, אם כי בסופו של דבר תורת השדה הוכחה כבלתי ניתנת לקיום, מה שאימת את ביקורותיו של פאולי.
ג'ורג' גמוב כתב ש"קשה למצוא את ענף הפיזיקה המודרנית שבו לא נעשה שימוש בעקרון פאולי בדיוק כפי שקשה למצוא אדם מוכשר, חביב ומשעשע כמו וולפגנג פאולי."
חיים אישיים ומוות
בשנת 1929, נישא פאולי לקאתה מרגרטה דפנר, רקדנית קברט. הנישואים היו אומללים, והסתיימו בגירושים לאחר פחות משנה. הוא נישא בשנית ב-1934 לפרנציסקה "פרנקה" ברטרם. היא תרמה את הארכיונים האישיים של פאולי, כולל מדליית פרס נובל שלו, ל-CERN ב-1960 וב-1971.
בשנת 1958, הוענקה לפאולי מדליית מקס פלאנק. באותה שנה, הוא חלה בסרטן הלבלב. כאשר העוזר האחרון שלו, צ'ארלס אנץ, ביקר אותו בבית החולים רוטקרויץ בציריך, פאולי שאל אותו, "האם ראית את מספר החדר?" זה היה 137. לאורך כל חייו, פאולי היה טרוד בשאלה מדוע קבוע המבנה הדק, קבוע יסודי חסר ממדים, הוא בעל ערך השווה כמעט ל-1/137. פאולי מת בחדר ההוא ב-15 בדצמבר 1958.
פילוסופיה ודת
בדיוניו עם קרל יונג, פיתח פאולי תאוריה אונטולוגית שזכתה לכינוי "השערת פאולי-יונג" ונראתה כסוג של תאוריה דו-צדדית. התאוריה גורסת שיש "מציאות נייטרלית פסיכופיזית" ושהיבטים מנטליים ופיזיים הם נגזרות של מציאות זו. פאולי חשב שאלמנטים של פיזיקת הקוונטים מצביעים על מציאות עמוקה יותר שעשויה להסביר את הפער בין המוח לחומר וכתב, "עלינו להניח סדר קוסמי של טבע מעבר לשליטתנו שאליו כפופים גם האובייקטים החומריים החיצוניים וגם הדימויים הפנימיים."
פאולי ויונג החזיקו בדעה שמציאות זו נשלטת על ידי עקרונות משותפים ("ארכיטיפים") המופיעים כתופעות פסיכולוגיות או כאירועים פיזיים. הם גם החזיקו בדעה שסינכרוניות עשויות לחשוף חלק מהפעולות של מציאות בסיסית זו.
פאולי נחשב לדהיסט ומיסטיקן. בספר "אין זמן להיות קצר: ביוגרפיה מדעית של וולפגנג פאולי", הוא מצוטט כמי שכתב להיסטוריון המדע שמואל סמבורסקי, "בניגוד לדתות המונותאיסטיות – אך בהרמוניה עם המיסטיקה של כל העמים, כולל המיסטיקה היהודית – אני מאמין שהמציאות האולטימטיבית אינה אישית."
הכרה
כחבר זר, נבחר פאולי לחברה המלכותית ב-1953 ולאקדמיה המלכותית ההולנדית לאמנויות ומדעים ב-1958.
### פרסים
פרסומים
- פאולי ו', עקרונות כלליים של מכניקת הקוונטים, שפרינגר, 1980.
- פאולי ו', הרצאות על פיזיקה, 6 כרכים, דובר, 2000. כרך 1: אלקטרודינמיקה כרך 2: אופטיקה ותורת האלקטרונים כרך 3: תרמודינמיקה והתאוריה הקינטית של גזים כרך 4: מכניקה סטטיסטית כרך 5: מכניקת גלים כרך 6: נושאים נבחרים בקוונטיזציה של שדות
- פאולי ו', תורת המזונים של כוחות גרעיניים, מהדורה שנייה, אינטרסיינס פבלישרס, 1948.
- פאולי ו', תורת היחסות, דובר, 1981.
- פאולי, וולפגנג; יונג, ק. ג. (1955). פרשנות הטבע והנפש. אישי פרס. ISBN 978-4-87187-713-8.
- פאולי, וולפגנג; יונג, ק. ג. (2001). סי. איי. מאייר (עורך). אטום וארכיטיפ, מכתבי פאולי/יונג, 1932–1958. פרינסטון, ניו ג'רזי: הוצאת אוניברסיטת פרינסטון. ISBN 978-0-691012-07-0.