Wolfgang Pauli byl víc než jen fyzik. Byl to mladý zázrak, který ve věku 20 let napsal masivní encyklopedický článek o teorii relativity o 200 stranách. Toto množství práce by většinu profesorů vyčerpalo. Udělal to ještě předtím, než mohl ve Vídni legálně pít alkohol. Pauli se narodil v Rakousku v roce 1900 a pokračoval ve formování našeho chápání subatomárního světa způsoby, které dodnes utvářejí způsob, jakým je hmota držena pohromadě.
Jeho kariéra sahala od Curychu po Princeton, ale jeho vliv byl globální. V letech 1928 až 1940 učil ve Švýcarsku. Později přijal místo v Institutu pro pokročilé studium v New Jersey. Práce, kterou během těch let dělal, navždy změnila fyziku.
Neutrina: Odhalení tajemství beta rozpadu
V roce 1930 Pauli čelil krizi. Ve fyzice byla mezera v logice. Když byl elektron emitován z atomového jádra v beta rozpadu, energie a hybnost jakoby zmizely. Tím byly porušeny základní zákony o ochraně přírody. Fyzikové byli zmatení. Je fyzika opravdu zlomená?
Pauli nepropadal panice. Nabídl řešení. Navrhl, že chybějící odnesla jiná částice. Tato částice musela být téměř nehmotná. Neměla žádný poplatek. Bylo neuvěřitelně těžké ji odhalit. Nyní této částici říkáme neutrino.
Byl to odvážný krok. V podstatě tvrdil, že něco neviditelného krade energii z rovnice. Většina vědců byla k tomu skeptická. Ale matematika fungovala. Neutrina se stala chybějícím článkem. Zachránil zákon zachování energie.
Princip Pauliho vyloučení: Proč se atomy nehroutí
Důvodem, proč Pauli obdržel Nobelovu cenu v roce 1945, však bylo něco, co objevil dříve. V roce 1924 studoval chování elektronů v atomu. Všiml si, že vyžadují určitý kvantový počet otáček. Může to být buď +1/2 nebo -1/2.
To vedlo k jeho nejslavnějšímu příspěvku. Pauliho vylučovací princip.
Princip je jednoduchý ve formulaci, ale hluboký ve svých důsledcích. Dva elektrony v atomu nemohou mít přesně stejný kvantový stav. Nemohou zabírat stejný prostor se stejnou rotací. Kdyby mohli, všichni by se zhroutili na nejnižší energetickou hladinu.
“Dva elektrony nemohou obsadit stejný kvantový stav současně.”
To není jen abstraktní teorie. To je důvod, proč má hmota objem. To je důvod, proč nepropadnete židlí. Elektrony ve vašem těle se odmítají shodovat s elektrony ve stolici. Odtlačují se. Vzájemně se vylučují. Drží své pozice.
Bez tohoto pravidla by se atomy zhroutily. Chemie, jak ji známe, by neexistovala. Hvězdy by vypadaly jinak. Vesmír by byl hustý, temný kal. Pauliho objev v roce 1925 vysvětluje, proč svět funguje tak, jak funguje.
Zemřel v Curychu v roce 1958. Jeho myšlenky zůstávají základním kamenem kvantové mechaniky. Stále používáme jeho pravidla k vytváření tranzistorů. Stále se spoléháme na jeho logiku, abychom pochopili jaderné reakce. Vylučovací princip není jen poznámkou pod čarou v dějinách fyziky. Toto je pravidlo, které zabraňuje rozpadu hmoty.
Znamená to, že nyní rozumíme všemu o elektronech? Ani zdaleka. Ale víme, že mají své limity.
