Вольфганг Паулі був не просто фізиком. Він був молодим вундеркіндом, який у 20 років написав масштабну 200-сторінкову статтю енциклопедичного характеру з теорії відносності. Такий обсяг роботи виснажив би більшість професорів. Він зробив це ще до того, як зміг легально пити алкоголь у Відні. Народившись в Австрії в 1900 році, Паулі згодом сформував наше розуміння субатомного світу способами, які досі визначають, як утримується матерія.
Його кар’єра пройшла шлях від Цюріха до Прінстона, але його вплив був глобальним. Він викладав у Швейцарії з 1928 по 1940 рік. Пізніше він обійняв посаду в Інституті перспективних досліджень у Нью-Джерсі. Робота, яку він виконував у роки, назавжди змінила фізику.
Нейтрино: Розгадка таємниці бета-розпаду
1930 року Паулі зіткнувся з кризою. У фізиці зяяла пролом у логіці. Коли електрон випускався з атомного ядра при бета-розпаді, енергія та імпульс, здавалося, зникали. Це порушувало фундаментальні закони збереження. Фізики були збентежені. Невже фізика зламана?
Паулі не панікував. Він запропонував рішення. Він припустив, що недостатню відносить інша частка. Ця частка мала бути майже безмасовою. Вона не мала заряду. Її було неймовірно важко виявити. Тепер ми називаємо цю частинку нейтрино.
То був сміливий крок. По суті він стверджував, що щось невидиме краде енергію з рівняння. Більшість учених скептично поставилися до цього. Але математика працювала. Нейтрино стало недостатньою ланкою. Воно врятувало закон збереження енергії.
Принцип заборони Паулі: Чому атоми не колапсують
Однак причиною, через яку Паулі отримав Нобелівську премію 1945 року, стало те, що він відкрив раніше. 1924 року він вивчав поведінку електронів в атомі. Він зауважив, що їм потрібна певна квантова кількість спина. Воно могло бути або +1/2, або -1/2.
Це призвело до його найвідомішого внеску. Принцип заборони Паулі.
Принцип простий у формулюванні, але глибокий у наслідках. Два електрони в атомі не можуть мати абсолютно однакового квантового стану. Вони не можуть займати один і той же простір з однаковим спином. Якби вони могли, всі вони звалилися б на найнижчий енергетичний рівень.
«Два електрона що неспроможні одночасно займати одне й те квантовий стан».
Це не абстрактна теорія. Це є причиною того, що матерія має обсяг. Це причина того, чому ви не провалюєтеся крізь стілець. Електрони у вашому тілі відмовляються накладатися на електрони випорожнення. Вони відштовхуються. Вони виключають одне одного. Вони тримають свої позиції.
Без цього правила атоми колапсували б. Хімія у тому вигляді, як ми її знаємо, не існувала б. Зірки виглядали б інакше. Всесвіт був би щільною темною жижею. Відкриття Паулі 1925 пояснює, чому світ влаштований саме так.
Він помер у Цюріху у 1958 році. Його ідеї залишаються наріжним каменем квантової механіки. Ми, як і раніше, використовуємо його правила для створення транзисторів. Ми, як і раніше, спираємось на його логіку, щоб розуміти ядерні реакції. Принцип заборони це не просто виноска в історії фізики. Це правило, яке не дає матерії розсипатися.
Чи означає це, що ми тепер розуміємо все про електрони? Навіть близько нема. Але ми знаємо, що вони мають межі.
