Wolfgang Pauli był kimś więcej niż tylko fizykiem. Był młodym geniuszem, który w wieku 20 lat napisał obszerny, 200-stronicowy artykuł encyklopedyczny na temat teorii względności. Taka ilość pracy zmęczyłaby większość profesorów. Zrobił to zanim mógł legalnie pić alkohol w Wiedniu. Urodzony w Austrii w 1900 roku Pauli ukształtował nasze rozumienie świata subatomowego w sposób, który nadal kształtuje sposób spajania materii.
Jego kariera rozciągała się od Zurychu po Princeton, ale jego wpływ był globalny. Od 1928 do 1940 wykładał w Szwajcarii. Później objął stanowisko w Instytucie Studiów Zaawansowanych w New Jersey. Praca, którą wykonał w ciągu tych lat, na zawsze zmieniła fizykę.
Neutrina: odkrywanie tajemnicy rozpadu beta
W 1930 roku Pauli stanął w obliczu kryzysu. W fizyce istniała luka w logice. Kiedy elektron został wyemitowany z jądra atomowego podczas rozpadu beta, energia i pęd zdawały się zanikać. Naruszyło to podstawowe prawa ochrony przyrody. Fizycy byli zdezorientowani. Czy fizyka naprawdę jest zepsuta?
Pauli nie wpadł w panikę. Zaproponował rozwiązanie. Zasugerował, że brakującą cząstkę porwała inna cząstka. Cząstka ta musiała być prawie bezmasowa. Nie miała żadnych zarzutów. Była niezwykle trudna do wykrycia. Teraz nazywamy tę cząstkę neutrinem.
To było odważne posunięcie. Zasadniczo argumentował, że coś niewidzialnego kradnie energię z równania. Większość naukowców była co do tego sceptyczna. Ale matematyka zadziałała. Neutrina stały się brakującym ogniwem. Uratowało to prawo zachowania energii.
Zasada wykluczenia Pauliego: dlaczego atomy się nie zapadają
Jednak powodem, dla którego Pauli otrzymał Nagrodę Nobla w 1945 r., było coś, co odkrył wcześniej. W 1924 roku badał zachowanie elektronów w atomie. Zauważył, że wymagają one określonej liczby kwantowej spinu. Może to być +1/2 lub -1/2.
Doprowadziło to do jego najsłynniejszego wkładu. Zasada wykluczenia Pauliego.
Zasada jest prosta w sformułowaniu, ale ma głębokie implikacje. Dwa elektrony w atomie nie mogą mieć dokładnie tego samego stanu kwantowego. Nie mogą zajmować tego samego miejsca z tym samym obrotem. Gdyby mogli, wszyscy spadliby do najniższego poziomu energii.
„Dwa elektrony nie mogą znajdować się jednocześnie w tym samym stanie kwantowym.”
To nie jest tylko abstrakcyjna teoria. To jest powód, dla którego materia ma objętość. To jest powód, dla którego nie spadniesz z krzesła. Elektrony w twoim ciele nie dorównują elektronom w stolcu. Odpychają się. One się wzajemnie wykluczają. Utrzymują swoje stanowiska.
Bez tej reguły atomy zapadłyby się. Chemia, jaką znamy, nie istniałaby. Gwiazdy wyglądałyby inaczej. Wszechświat byłby gęstym, ciemnym szlamem. Odkrycie Pauliego z 1925 roku wyjaśnia, dlaczego świat działa tak, a nie inaczej.
Zmarł w Zurychu w 1958 roku. Jego idee pozostają kamieniem węgielnym mechaniki kwantowej. Nadal używamy jego zasad do tworzenia tranzystorów. Nadal polegamy na jego logice, aby zrozumieć reakcje jądrowe. Zasada wykluczenia to nie tylko przypis w historii fizyki. Jest to zasada, która zapobiega rozpadowi materii.
Czy to oznacza, że teraz wiemy już wszystko o elektronach? Nawet nie blisko. Ale wiemy, że mają ograniczenia.
