Най-четените учебни материали
Най-новите учебни материали
***ДОСТЪП ДО САЙТА***
ДО МОМЕНТА НИ ПОСЕТИХА НАД 2 500 000 ПОТРЕБИТЕЛИ
БЕЗПЛАТНИТЕ УЧЕБНИ МАТЕРИАЛИ ПРИ НАС СА НАД 7 700
Ако сме Ви били полезни, моля да изпратите SMS с текст STG на номер 1092. Цената на SMS е 2,40 лв. с ДДС.
Вашият СМС ще допринесе за обогатяване съдържанието на сайта.
SMS Login
За да използвате ПЪЛНОТО съдържание на сайта изпратете SMS с текст STG на номер 1092 (обща стойност 2.40лв.)Волфганг Паули (1900 - 1958) |
Волфганг Паули е роден на 25 април 1900 г. във Виена, където 9 години по-късно се ражда и сестра му Херта, станала по-късно известна боркиня за правата на жените, а по време на емиграцията си в САЩ и авторка на пацифистки и възпитателни романи. Бащата Волф Пашелес е син на успяващ книготърговец и уважаван член на еврейската община в Прага. Волф Пашелес следва медицина и се сближава с известния физик Ернст Мах, представлявал за него пример в много отношения. През 1898 г., вече като лекар, той се преселва във Виена и работи като частен доцент в Медицинския факултет на Виенския университет. Приемайки римо-католическо вероизповедание, той променя името си на Волфганг Йозеф Паули и през 1899 г. сключва брак с дъщерята на известен редактор на вестника "Свободна преса". Малко по-късно става извънреден професор, а през 1913 г. и директор на създадения от него Институт по експериментална биология. Практикуващ и като лекар, той създава различни медикаменти и през 1922 г. е избран за редовен професор. След анексирането на Австрия от Третия Райх през 1938 г. той напуска Виена и се преселва в Цюрих, където остава близо до сина си до края на живота си. Уважението и привързаността на бащата към Ернст Мах го кара да покани последния за кръстник на сина си, който така получава и второто име Ернст. Когато Волфганг Паули е вече в гимназията и очевидно проявява силно влечение към природните науки, Мах му подарява своите трудове и редовно се интересува за своя кръщелник. Запазените документи в гимназията, където е учил, свидетелстват за високите оценки, които е получавал, и за "феноменалната дарба в математиката и физиката" по мнението на учителите му. Мах, който се е оттеглил от активна дейност в малко селище край Мюнхен, полага усилия и за изостряне на критичното мислене у младия Паули посредством демонстриране на подходящи примери. Когато през есента на 1918 г. Паули кандидатства в Мюнхенския университет, за да изучава теоретична физика при Арнолд Зомерфелд, той носи със себе си една завършена работа от областта на общата теория на относителността, привлякла впоследствие вниманието и на Айнщайн. Познанията на Паули по математика и физика са до такава степен впечатляващи, че Зомерфелд много скоро му възлага разработването на научни проблеми и обсъжда с него много въпроси и идеи. Още по това време Паули има смелостта да критикува особеностите на ближните си или недостатъчно обосновани идеи чрез кратки и съдържателни формулировки. Hа първия следвоенен конгрес на природоизпитателите в Бад Hаухайм двадесетгодишният тогава Паули не се поколебава да критикува открито след един доклад дори Айнщайн. В третия семестър Зомерфелд възлага на Паули изготвянето на обширен реферат по теория на относителността за издаваната от Феликс Клайн "Енциклопедия на математичните науки". Представяйки преди докторския си изпит през пролетта на 1921 г. готовия ръкопис на този реферат, Паули получава много похвали от всички колеги. Самият Айнщайн оценява работата на младия си колега като "зряла и широко замислена". Тази младежка публикация на Паули е преведена почти без промени на английски език към края на живота му, като и до днес тя се смята за едно от най-добрите въведения в мисловния свят на Айнщайн. Под влияние на Зомерфелд Паули насочва вниманието си към намиращата се във фокуса на физичните изследвания теория на атома. Появата между учениците на Зомерфелд и на Вернер Хайзенберг през есента на 1919 г. очертава зараждането малко по-късно на една нова физика, която чрез неконвенционални формулировки доведе до разрешаване на трудностите, стоящи пред квантовата теория. След само тригодишно следване Паули защищава през юли 1921 г. дисертация, в която разглежда свързващите сили във водородните молекули. Резултатът на тази грижливо изпълнена по каноните на "на по-старата квантова теория" работа обаче противоречи на някои опитни данни и това се възприема почти болезнено от самонадеяния и свикнал на успехи млад физик, въпреки че е бил донякъде убеден в проблематичността на теоретичните основи, върху които гради изследването си. Подобно съмнение изпитва и състудентът му Хайзенберг. След кратко посещение при Макс Борн в Гьотинген през зимния семестър на 1921-1922 гг., когато Паули се занимава с проблема на хелиевите спектри, той все повече достига до убеждението, че напредък в квантовата теория може да се постигне само при детерминистично, установено в пространството и времето описание на атомните процеси. Съвместната работа с Макс Борн води до съществен за формалното развитие на квантовата теория резултат. Въпреки стимулиращата атмосфера в обкръжението на Макс Борн, Джеймс Франк и Давид Хилберт, Паули не се чувства съвсем уютно в Гьотинген. Особеното положение на "вундеркинд" в Мюнхен не му е било определено при Макс Борн, въпреки че впоследствие Паули смята Борн заедно с Хайзенберг и Дирак за най-способния всред познатите му физици, и при първа възможност напуска Гьотинген. Откриването на университет в Хамбург след Първата световна война съвпада с времето, когато се търсят места за останалите без работа преподаватели и сътрудници на Имперския университет в Страсбург, който по силата на Версайлския мирен договор остава във Франция. Експерименталните и теоретичните изследвания в областта на квантовата теория са отлично представени в Хамбург след привличане на ученика на Зомерфелд Вилхелм Ленц за ръководител на катедрата по теоретична физика и на Паули - за негов асистент. Ото Щерн поема катедрата по физична химия. В Хамбург идва ученикът на Рьонген Паул Кох, който ръководи фотометричния отдел на държавната физична лаборатория, а обсерваторията се поема от Рихард Шор. Последните две институции работят в тясна връзка с университетските катедри и институти. Близостта до Копенхаген както и добрата връзка с големите центрове по атомна физика в Германия - Гьотинген (Борн, Франк, Йордан, Хунд), Мюнхен (Зомерфелд ), Берлин (Планк, Айнщайн), Лайпциг (Хайзенберг, Дебай, Венцел) и в Холандия - Лайден (Лоренц, Еренфест, Казимир), Утрехт (Казимир), Амстердам (Зееман) са другата предпоставка, която за известно време прави Хамбург мост между тези центрове и Копенхаген. През юни 1922 г. Hилс Бор организира в Гьотинген семинар на тема "Квантовата теория и периодичната система на елементите", на която запознава дошлите от всички части на Германия физици със цялостната си изследователска програма в областта на атомната физика. Току що постъпилият на работа в Хамбург Паули участва на този знаменит семинар като представител на новия си шеф. От Мюнхен идват Зомерфелд и Хайзенберг. Hикой от участниците обаче не извлича толкова голяма полза от тези научни срещи, наричани шеговито "фестивали на Бор", както двамата ученици на Зомерфелд: Хайзенберг и Паули. Техните познания, усърдие и изяви карат Бор да ги покани за продължителен срок в Копенхаген. Паули остава в Хамбург 6 години, включително и близо едногодишния му престой в Копенхаген. Приносите му във физиката през тези години, впоследствие, веднага след Втората световна война, му донасят присъждането на Hобеловата награда по физика (1945 г.). В младия тогава Хамбургски университет атмосферата е била по-различна, по-свободна, в сравнение с тази в по-старите и богати на традиции германски университети, където е бил поддържан сдържан и официален тон на общуване между разделените от научната йерархия сътрудници. С новия си ръководител Паули е бил близък още в Мюнхенския университет, а с Ото Щерн го е свързвало добро познанство още от времето на планирания прочут експеримент на Щерн и Герлах, резултатите от който - пространственото квантуване, той е предвидил. Заможният Щерн, подобно на Паули, е бил "нощна птица" и често е канил по-младите си колеги в луксозни ресторанти, където са били обменяни мисли и идеи по актуални научни и обществени проблеми. Връзките с математиците са били също много добри и ползотворни. Престоят на Паули в Копенхаген - от септември 1922 г. до октомври 1923 г. се оказва незабравим за него. Тук той отблизо се запознава с изследователския стил и с програмата на Бор. По това време сътрудниците на Бор са скандинавците Оскар Клайн, Ханс Мариус Ханзен, Свен Вернер и Свайн Роселанд, както и холандците Хеендрик Крамерс и Дирк Костер. Паули е първият физик от немскоговорящите страни работил по-продължително време при Бор. Точно по това време Бор получава Hобеловата награда (1922 г.) и Паули му помага при превода на доклада му по този повод за публикуване в германско списание. С часове Бор е можел да се занимава с формулирането на дългите си и понякога заплетени изречения и тази съвместна дейност се оказва чудесна възможност за Паули да вникне в начина на мислене на Бор. Hа колегите си в Германия Паули пише: "Тук съм добре и изучавам физиката на Бор. Тя е от съвсем друга величина в сравнение с тази на останалите физици". След една съвместна работа с Крамерс върху теорията на ивичните спектри Паули се обръща към един от значимите проблеми на тогавашната квантова теория. При аномалния ефект на Зееман за някои елементи се наблюдава странно разцепване под влияние на магнитно поле. С помощта на съществуващата теория това явление няма обяснение: както теорията на пертурбациите, така и векторният модел на Алфред Ланде се оказват безсилни. Под влияние на Бор Паули постепенно се дистанцира от механистичните представи и се ограничава с "чисто феноменологичните". Към края на престоя си в Копенхаген Паули завършва изследването си за приложимостта на мултиплетите при преход от слаби към по-интензивни магнитни полета (ефект на Пашен-Бак), което впоследствие е от значение за формулирането на принципа за изключване, наричан още принцип на Паули. Публикации на Хайзенберг от същия период също са свързани с възникването на този принцип. През лятото на 1923 г. Зомерфелд предлага на Паули да бъде хабилитиран в Мюнхен, но той решава да остане в Хамбург, където също предстои хабилитирането му. Проблемът за термичното равновесие между лъчение и свободни електрони става тема на хабилитационния му труд. Паули извежда и нова формула за честотата на процесите на Комптън-Дебай, която изразява факта, че процесът на разсейване на свободни електрони е възможен само поради запазването на енергията и импулса при единични квантови процеси. За Паули е било очевидно трудно да напусне Копенхаген, особено след завързалото се тясно приятелство с Крамерс. При завръщането си през октомври 1923 г. в Хамбург той донася със себе си една пълна работна програма, въпреки че не споделя всички схващания и идеи на Бор. Започва работа по разделите за теорията на лъчението и теорията на атома, които е трябвало да бъдат част от учебника по физика на Мюлер и Пуиле. Това му дава възможност да преосмисли различните опити за решаване на трудностите в атомната теория, включително и собствените си идеи. Тогава именно е направена първата крачка към формулирания по-късно принцип на изключването (известен и като "принцип на Паули"). Следващи крачки към окончателната формулировка на този принцип са ревизирането на предложените от Бор максимален брой електрони в подгрупите на електронните слоеве и въвеждането на две нови квантови числа за подразделенията на електроните в подгрупите. В началото на 1925 г. Пули подготвя публикацията, в която пише за "забрана на еквивалентни електрони" (т.е. за електрони, които по отношение на квантовите си числа и енергия на свързване са равностойни) или кратко "правило на изключване". Обаче, поради по-всеобхватното си значение, тази "забрана" придобива статут на всеобщ физичен принцип. С този принцип става възможно обяснението на структурата на периодичната система на химичните елементи. Валидността му не се ограничава само с поведението на електроните в един атом, а служи и за решаване на редица проблеми в химията и твърдото тяло, като например възникването на химичните сили на свързване, пара- и феромагнетизма, както и на други свойства на металите и полупроводниците. Фундаменталният характер на принципа на Паули се разкрива обаче през 1926 г. на фона на откритата от Шрьодингер вълнова механика. Хайзенберг веднага забелязва, че този принцип отговаря на неразличимост на частиците като електрони или протони. Тогава може да има само такива решения на вълновото уравнение на Шрьодингер, които при заменяне на частиците са или симетрични, или антисиметрични по отношение на знака. Свързаният с това въпрос за симетрията при други елементарни частици довежда до класификацията им на бозони и фермиони. През 1927 г. Дейвид Денисън показва, че протоните, както и електроните, са фермиони. Светлинният квант, наричан фотон, или квантът на електромагнитното поле, принадлежи към бозоните. Откритите и през следващите десетилетия нови елементарни частици са били също класифицирани съобразно това свойство на симетрия. Към края на 30-те години Паули изяснява и връзката между спин и статистика в рамките на релативистичната вълнова механика и по този начин дава по-значителна обосновка на наречения на негово име принцип. През 1925 г. Хайзенберг разработва теоретичната база на атомнофизичните процеси чрез ограничаване само до наблюдаеми величини с помощта на матричното смятане. Запознавайки се с основните идеи на тази нова теория, Паули с нейна помощ разглежда водородния атом и така допринася за утвърждаването й. През април 1928 г. Паули е избран за редовен професор по физика във Федералното висше техническо училище в Цюрих. Там той работи до края на живота си, с изключение на периода на Втората световна война, когато е в Института за Висши изследвания в Принстън, САЩ. Паули рядко е изказвал хипотези, но в случая с "мистериозното" -разпадане на ядрата, той по изключение през 1930 г. постулира съществуването на хипотетична неутрална частица, наречена по-късно неутрино. По този начин не се нарушава законът за запазване на енергията при процеси в атомните ядра - нещо, което са допускали Бор и някои други физици. Предложението за тази нова частица, прието отначало много скептично, е доразвито през 1934 г. от Енрико Ферми, който изгражда теорията на -разпадането. Hеутриното придобива голямо значение през следващите години в теорията на елементарните частици, а след опитното му потвърждение през 1956 г. всякакви съмнения за съществуването му отпадат. Въпросите за симетрия и инвариантност на природните закони за запазване са придобивали все по-голямо значение в съвременната физика, като постепенно са измествали моделите и аналогиите като средство за описание на природата. Това преориентиране е поощрявано от Паули чрез подчертаването на математичните методи при оценка на физичните теории. Към края на живота си Паули се оказва още веднъж в центъра на събитията във връзка с вълнуващото откритие на нарушаване на закон за запазване при радиоактивните превръщания. Проблемът е свързан с т.нар. СРТ-теорема, където С, Р и Т означават съответно електричен заряд, пространствена четност и времева инвариантност. Паули доказва общоприетата по-късно формулировка на теоремата, като нейното значение се вижда след наблюдаването на нарушението на четността при -разпаданията, т.е. при слабите взаимодействия. Този експериментален факт предизвиква ново преразглеждане на всички закони за запазване и усилено изследване на свойствата на симетрии на елементарните частици. Убедеността на Паули във валидността на законите за запазване е разколебана: дори законът за запазване на енергията, за който Бор някога е изказвал съмнение, започва да му се струва не толкова непоклатим. Като много живо интересуващ се от основите на научното познание Паули винаги се е занимавал с процеса на възникването на понятия и теории в естествознанието. При това, както Мах и Бор така и той е повлиян от идеите на цюрихския психолог Карл Густав Юнг, с когото се запознава по-отблизо през 1930 г. Както Юнг, така и Паули е убеден, че между света на външните психични явления и вътрешните душевни преживявания и процеси в подсъзнанието би трябвало да съществува дълбока връзка. При "откритието на нещо ново" би трябвало "подсъзнателни разпоредители на представите" - които, основавайки се на учението на Платон за идеите, могат да се нарекат първообрази - да довеждат до припокриване на "по-рано съществуващи вътрешни образи в човешката психика" с външните явления. Тук Паули се проявява вече не само като физик, а и като философски мислещ естествоизпитател. През 20-те години на ХХ век Паули принадлежи към малката група физици-теоретици, които окончателно преобразуват изградената върху класически теории картина за света, замествайки я с нова, почиваща на микрофизични събития, квантовомеханична картина. Физиката от предишната епоха се опитваше да осмисли природните явления чрез непосредствена нагледна представа и реконструкция с помощта на модели. Междувременно обаче в микросвета излязоха на преден план все по-често неподдаващи се на онагледяване аспекти на природни явления, които можеха да бъдат възприемани само чрез изследване на формалните и структурни свойства на лежащите в основата им свойства. Чрез непримиримата си критичност и носещ неговия отпечатък изследователски стил Паули повлия директно или индиректно на своите асистенти и на цели поколения физици. Още като твърде млад Паули е награден за научните си приноси с медала на Лоренц, като е приветстван при награждаването от Еренфест с думите: "Вероятно е, че още по-голямо значение от публикациите му имат неизброимите и трудни за детайлно проследяване критични бележки и изказвания при дискусии и в писма, с което той допринася за развитието на новата физика. Hеобикновената сила на неговата критика, яснотата и преди всичко изключителната честност, с които винаги акцентираше върху нерешените трудности, са неоценима движеща сила за нови теоретични изследвания".
|