物理学家—泡利

1、物理学家泡利,家庭环境为其打下良好基础,沃尔夫冈泡利(Wolfgang E.Pauli，19001958)，美籍奥地利科学家。1900年4月25日生于奥地利维也纳，父亲是维也纳大学物理化学教授，教父是奥地利的物理学家兼哲学家的马赫先生，命运给了泡利良好的生活学习环境。 上中学时，泡利就对当时鲜为人知的爱因斯坦广义相对论产生了浓厚的兴趣，经常埋首研读 1918年中学毕业后，泡利带着父亲的介绍信，到慕尼黑大学访问著名物理学家索末菲(A.Sommerfeld),要求不上大学而直接做索末菲的研究生，索末菲同意了。,初露锋芒,18岁的泡利发表了第一篇论文，是关于引力场中能量分量的问题。泡利在年轻时就写了

2、一篇长达200多页关于广义相对论理论和实验结果的总结性论文，当时距36岁的爱因斯坦发表广义相对论才三年，被收录在德国的数学科学百科全书，该文直到到今天仍然是该领域的经典文献之一，爱因斯坦曾经评价说：“任何该领域的专家都不会相信，该文出自一个仅21岁的青年之手，作者在文中显示出来的对这个领域的理解力、熟练的数学推导能力、对物理深刻的洞察力、使问题明晰的能力、系统的表述、对语言的把握、对该问题的完整处理、和对其评价，使任何一个人都会感到羡慕。”,泡利不相容原理的诞生,在泡利24岁的时候提出了他一生中发现的最重要的原理泡利不相容原理。,泡利不相容原理,在费米子组成的系统中，不能有两个或两个以上的粒子

3、处于完全相同的状态。在原子中完全确定一个电子的状态需要四个量子数，所以泡利不相容原理在原子中就表现为：不能有两个或两个以上的电子具有完全相同的四个量子数（n, l, ml, ms），或者说在轨道量子数m,l,n确定的一个原子轨道上最多可容纳两个电子，而这两个电子的自旋方向必须相反。,迟到的肯定,泡利不相容原理并没有立刻呈现它的价值，可是泡利的才华因此而得到社会的承认。直到不相容原理提出20年后的1945年，这个理论的正确性和它的深远性才得以确认。 不相容原理被称为量子力学的主要支柱之一，是自然界的基本定律，它使当时所知的许多有关的原子结构的知识变得条理化。人们可以利用泡利引入的第四个、表示电子

4、自旋的量子数，把各种元素的ID那字按壳层和支壳层排列起来，并根据性质主要取决于最外层的电子数（价电子数）之一理论，对门捷列夫元素周期表给以科学的解释。,应用1.氦原子的基态,依照LS耦合规则氦的基态应该有1S0和3S1这两个态，但在氦原子能谱中无3S1态。因为n, l, ml相同两个电子的ms必定不能相同。 三重态的能级总比相应的单一态能级要低即两电子倾向于自旋平行。n, l相同（同科）的电子，电子取平行自旋时ms相同，按泡利原理ml必须不同即空间取向不同。由于电子相互排斥，空间距离大时势能低，体系稳定。 对于非同科电子，泡利原理使三重态的两个电子不能靠拢，造成相互间排斥，使体系变得稳定。,应

5、用2.原子的大小,玻尔观点随着原子序数Z的增大，核外电子受到原子核正电荷+Ze的吸引力增大，则电子离核的距离减小 泡利原理虽第一层的轨道半径小了，但电子不能都在同一轨道，轨道层次增加使原子的大小随Z变化甚微,第五届索尔维会议,1927年，共有32位科学家出席会议，有泡利、洛伦兹、普朗克、爱因斯坦、玻尔、玻恩、德布罗意、薛定谔、索末菲、德拜、海森堡、狄拉克等,其他成就之朗德因子g,在哥本哈根，泡利先是与克拉默斯(H.A.Kramers)共同研究了谱带理论，然后专注于反常的塞曼效应，泡利根据朗德(Lande)的研究成果，提出了朗德因子。,其他成就之泡利自旋矩阵,泡利又用（非相对论的）量子力学理论处

6、理了1/2自旋问题,引入了二分量波函数的概念和著名的泡利自旋矩阵。 通过泡利等人对量子场的研究，终于认识到只有自旋为半整数的粒子（即费密子）才受不相容原理的限制，这样就确立了自旋统计关系。,其他成就之波动力学的普遍原理,泡利为创立量子力学作出了重要贡献，不仅发表了许多有独创性的论文，而且还提出许多很有创见的批评和见解。他的许多关于量子力学的综述性文章中，最著名的一篇波动力学的普遍原理(1933)，是量子力学方面的重要文献。,其他成就之“对称性、守恒律”,泡利特别重视物理规律的对称性和不变性。早在衰变中宇称不守恒被确认的前一年，泡利就在E.施温格、G.C.F.吕德斯等人工作的基础上指出了自然规律

7、的洛伦兹协变性必然导致 CPT不变性的成立（见对称性和守恒律）。从20年代末期开始，他把主要精力用于粒子物理学和量子场论的研究方面。他和W.K.海森伯一起在1929年发表了关于场的正则量子化方法的论文，被认为起了开辟道路的作用。,吴建雄和泡利,其他成就之“中微子”的提出,泡利另一个历史性的功绩是中微子概念的提出。为了解释衰变中放出的电子能量为什么有一个连续谱，他在1930年提出一个假说，认为原子核在衰变中不仅放出电子，而且还放出一种质量甚小，穿透力甚大的中性粒子。他当时把它叫做中子；1932年后，E.费密才把它改称做中微子。泡利这一假说解决了衰变中角动量和能量不守恒的困难。1933年，费密就根

8、据这种假说提出了他的衰变理论。随着基本粒子物理学的进展，中微子假说在弱相互作用中的重要性日益显著。此外泡利还在量子场论、固体物理等方面做了很多重要的工作，他关于量子力学的哲学见解，在学术界也有重要的影响。,其他成就之“计算中只应出现本质上可以观察的量”思想,泡利在青年时期受到E.马赫的很深影响,自称是反形而上学的后裔；所发表的关于相对论的论文中,曾经提出计算中只应出现本质上可以观察的量的原则。这个原则后来在海森伯创立矩阵力学中体现出来，甚至在整个哥本哈根学派观点的形成中都起了重大的作用。,“上帝的鞭子”“ 科学家的良知”,泡利是那种标准的天才式的物理学家，其研究范围涉及了物理学的几乎所有方面。

9、他为人傲慢，言辞犀利刻薄，问题刁钻，且对任何权威都能直言不讳不留情面。这一点从他的两个绰号“上帝的鞭子”和“科学家的良知”中也可以看出。泡利还在上学期间，一次国际会议上见到了爱因斯坦，爱因斯坦演讲演完后，泡利站起来说：“我觉得爱因斯坦不完全是愚蠢的。”此话被传为名言。在哥本哈根做访问学者期间，他是唯一敢于打断波尔讲话的人，并且对波尔的错误毫不隐瞒地指出来。泡利对他的学生很不客气，有一次一位学生写了论文请泡利看，过两天学生问泡利的意见，泡利把论文还给他说：“连错误都够不上”。,敬重的人,索末菲 玻尔 爱因斯坦 海森堡,但这并不意味着泡利对别人不够尊重，他只是更尊重崇高的物理规律和自然法则！,泡利一生总结,泡利的