на главную | войти | регистрация | DMCA | контакты | справка |      
mobile | donate | ВЕСЕЛКА

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


моя полка | жанры | рекомендуем | рейтинг книг | рейтинг авторов | впечатления | новое | форум | сборники | читалки | авторам | добавить
фантастика
космическая фантастика
фантастика ужасы
фэнтези
проза
  военная
  детская
  русская
детектив
  боевик
  детский
  иронический
  исторический
  политический
вестерн
приключения (исторический)
приключения (детская лит.)
детские рассказы
женские романы
религия
античная литература
Научная и не худ. литература
биография
бизнес
домашние животные
животные
искусство
история
компьютерная литература
лингвистика
математика
религия
сад-огород
спорт
техника
публицистика
философия
химия
close

реклама - advertisement



ПАУЛИ ВОЛЬФГАНГ

(1900 г. – 1958 г.)

100 знаменитых ученых

Знаменитый швейцарско-австрийский физик Вольфганг Эрнст Паули родился 25 апреля 1900 года в Вене в семье Вольфганга Йозефа Паули и Берты Паули (урожденной Шютц).

Отец будущего ученого был известным физиком и биохимиком, профессором коллоидной химии медицинской школы Венского университета. Он был выходцем из пражской еврейской семьи, но позже принял католическую веру. Мать Вольфганга была связана с венским богемным миром, дружила со многими театралами и журналистами, сама мастерски владела пером. Свое второе имя Вольфганг Эрнст Паули получил в честь крестного дяди, физика и философа Эрнста Маха.

Дети в семье Паули оказались весьма талантливы: младшая сестра Вольфганга стала актрисой, а Вольфганг – ученым с мировым именем.

Родители отдали Вольфганга на учебу в федеральную Венскую гимназию. Одноклассником Паули в гимназии был будущий лауреат Нобелевской премии – Рихард Кун, получивший эту премию по химии в 1938 году. Уже в ранние годы учебы проявились таланты Паули в области математики. В скором времени, самостоятельно изучив гимназическую программу, он переключился на изучение высшей математики.

В гимназии Вольфганг заинтересовался работой Альберта Эйнштейна по общей теории относительности. В возрасте 18 лет будущий ученый окончил гимназию. К этому моменту он уже имел опубликованную статью, посвященную проблеме энергии гравитационного поля.

В 1918 году молодой Паули поступил в Мюнхенский университет, где учился под руководством знаменитого физика Арнольда Зоммерфельда. Зоммерфельд считался основателем мюнхенской школы теоретической физики. Узнав об интересе Паули к теории относительности, он порекомендовал своему студенту продолжить исследования в этой области. Уже в следующем году мир увидел две работы Паули, посвященные возможностям обобщения общей теории относительности.

В 1920 году друг Зоммерфельда, немецкий математик Феликс Клейн готовил издание «Энциклопедии математических наук». Клейн попросил Зоммерфельда сделать обзор теории относительности Эйнштейна, а тот в свою очередь дал задание 20-летнему Паули подготовить статью. Через некоторое время статья лежала на столе Зоммерфельда. В ней автор анализировал общую и специальную теорию относительности Эйнштейна на 250 страницах! Прочитав статью, Зоммерфельд охарактеризовал ее как «сделанную просто мастерски». Впоследствии эта статья-монография стала классической. Она многократно была издана отдельной книгой в различных странах.

Когда статья попала на глаза Эйнштейну, тот, похвалив Паули, не знал, чему больше удивляться – тому, что автор написал такую зрелую книгу в 21 год, или тому, как глубоко ему удалось понять ход развития идеи и проникновения в физическую сущность явлений.

С 1920 года молодой ученый начал интересоваться микромиром атомов и спектров. В 1921 году под руководством Зоммерфельда он успешно защитил докторскую диссертацию, посвященную исследованию молекулы водорода, и получил докторскую степень.

В этом же году Паули решил продолжить свои научные исследования и поучиться у гениальнейших людей того времени. Он отправился в Геттинген, где стал ассистентом Макса Борна на кафедре теоретической физики Геттингенского университета. Также Паули работал вместе с Джеймсом Франком в его лаборатории в Геттингене.

В конце 1922 года после работы в Швейцарии Паули переезжает в Копенгаген, где поступает в ассистенты к «гению эпохи» Нильсу Бору в Институт теоретической физики. Кроме научных исследований, Паули помогал Бору переводить его работы на немецкий язык. Ассистентом у Бора Паули работал до 1923 года, когда ему предложили должность ассистент-профессора теоретической физики в Гамбургском университете.

Сотрудничество с Зоммерфельдом, Борном, Франком и Бором вызвало у молодого ученого еще больший интерес к микромиру атомов и субатомных частиц – к квантовой теории.

В 1924 году Паули сформулировал один из важнейших законов физики микромира, который носит его имя. Этому предшествовал целый ряд выдающихся открытий того времени.

После того как гениальный физик Резерфорд в 1911 году разработал планетарную модель атома, возникли новые вопросы, касающиеся явлений атомной проблематики. Согласно постулатам классической физики, электроны, располагающиеся на орбитах вокруг центрального ядра, должны непрерывно испускать электромагнитные излучения. При этом они должны терять энергию и, подчиняясь притяжению ядра, приближаться к нему по спирали.

В 1913 году Бор представил миру свою теорию, которая гласила, что электроны могут находиться только на определенных орбитах. В результате этого они не могут непрерывно испускать излучение. Переместиться с одной из орбит на другую электрон может лишь в случае квантового скачка.

С помощью модели Бора можно было предсказать характерные особенности простейших атомных спектров, например спектра водорода. Но применить модель к описанию сложных атомов не удавалось.

Бор не представил четкого объяснения устойчивости электронных орбит. Хотя было понятно, что электроны не могут упасть на ядро по спирали, но совсем не ясно, почему это невозможно в результате скачкообразного перехода с одной разрешенной орбиты на другую.

В 1924 году Паули ввел в квантовую механику понятие «новой степени свободы». В следующем году Г. Уленбек и С. Гудсмит определили ее как спин электрона.

Паули предложил принцип запрета, согласно которому две тождественные частицы с полуцелым спином (их собственным моментом количества движения) не могут одновременно находиться в одном состоянии. Сформулированный для электронов в атоме, позже принцип Паули был распространен на любые частицы с полуцелым спином (фермионы). Электроны обладают полуцелым спином. На другие частицы с целым спином запрет Паули не распространялся.

В соответствии с принципом Паули, в магнитном поле у спина имеются две возможные ориентации: ось спина может быть направлена в ту же сторону, что и поле, либо в противоположную. Само движение электрона по орбите в атоме определяет еще одну ось, ориентация которой зависит от приложенного внешнего поля. Поскольку имеются различные комбинации ориентаций (спиновой и орбитальной), то это объясняет существование большого числа атомных энергетических состояний.

В своих последующих работах Паули показал, что принцип запрета является следствием связи спина и статистики Ферми – Дирака, существующей в релятивистской квантовой механике, а также дал аналитическое обоснование, почему электроны не занимают в атоме самый низкий энергетический уровень. Для этого ему пришлось усовершенствовать модель Бора.

Ученый предположил, что орбиты электронов в атоме описываются четырьмя квантовыми числами для каждого электрона. С помощью этих чисел определяется основной энергетический уровень электрона, его орбитальный угловой момент, его магнитный момент и ориентация его спина. Любое из этих квантовых чисел может принимать одно из определенных значений, при этом существуют только некоторые комбинации данных значений. Исходя из принципа запрета Паули, никакие два электрона в системе не могут иметь одинаковые наборы квантовых чисел, а любая из оболочек атома содержит количество орбит, определяемых значениями квантовых чисел.

Принцип запрета, разработанный Паули, сыграл главную роль в понимании закономерностей строения и поведения электронных оболочек атомов, атомных ядер, молекулярных спектров.

Принцип запрета лежит и в основе статистики Ферми – Дирака, которая сыграла важную роль в понимании физики микромира. Благодаря ему была разработана квантовая теория твердого тела, а также определена статистика для электронного газа, легло в основу объяснения тепловых, магнитных и электрических свойств твердых тел.

Благодаря работе Паули была объяснена система расположения элементов в периодической системе и их химическое взаимодействие.

Вместе со Шрёдингером, Гейзенбергом, Бором и Дираком Паули разработал теоретический аппарат, используемый для описания атомных и субатомных систем. После того как в 1926 году Гейзенберг предложил матричное представление квантовой механики, Паули использовал его для описания наблюдаемого спектра водорода.

В результате исследований этих ученых была создана квантово-механическая модель атома. Благодаря усилиям Паули квантовая механика нашла свое применение в областях науки, изучающих физику частиц высокой энергии и взаимодействие частиц со светом и другими формами электромагнитных полей. Позже эти области физики стали называться релятивистской квантовой электродинамикой.

В 1927 году Паули предложил обобщение уравнения Шрёдингера, описывающее частицы с полуцелым спином и ввел спиноры для описания спина электрона.

Множество идей Паули так и остались неопубликованными – ученый мало заботился о славе. Паули предпочитал переписываться с коллегами, не заботясь о том, что его идеи могут иметь огромное значение для научного мира.

После того как в 1928 году ученый занял должность профессора федерального Политехнического института в Цюрихе, круг его научных интересов значительно расширился. Паули стал интересоваться физикой твердого тела, в частности проблемами диа– и парамагнетизма, квантовой теорией поля и физикой элементарных частиц.

На посту профессора Цюрихского института он оставался до самой смерти, за исключением двух периодов, проведенных ученым в Соединенных Штатах Америки.

В 1930 году Паули совершил еще одно гениальное открытие. Многочисленные исследования бета-распада, проводившиеся в 1930-х годах, привели многих ученых к выводу, что суммарная энергия продуктов распада нейтрона – электрона и протона – меньше энергии нейтрона до распада. Это означало, что в отдельные моменты в микромире не выполняются законы сохранения энергии и импульса. Паули решительно воспротивился этой идее. В своем письме участникам семинара в Тюбингене он предположил, что в число продуктов бета-распада входит еще одна неизвестная частица. Поскольку в то время экспериментально доказать существование частицы было невозможным, ученый выдвинул гипотезу что она имеет слабый заряд и поэтому ее нельзя зарегистрировать.

Невозможность регистрации частицы объясняла потерю энергии. К 1933 году Паули сформулировал основные свойства частицы, которую Энрико Ферми назвал нейтрино. Экспериментально доказать существование нейтрино удалось только двадцать лет спустя – в 1956 году.

В 1940 году ученый доказал теорему связи спина со статистикой.

Опасаясь того, что немецкие войска вторгнутся в Швейцарию, ученый принял в 1941 году приглашение Принстонского университета и переехал в США. Вплоть до 1946 года Паули работал в Принстоне профессором в Институте фундаментальных исследований, возглавляя кафедру теоретической физики.

В 1945 году «за открытие принципа запрета, который называют также принципом запрета Паули» ученый был награжден Нобелевской премией по физике. Паули не поехал в Стокгольм на церемонию вручения премии, и она была передана ему через сотрудника американского посольства. В следующем году ученый отправил в Стокгольм свою нобелевскую лекцию «Принцип запрета и квантовая механика», в которой подвел итоги своих работ в области квантовой механики, в том числе разработок принципа Паули.

В 1946 году нобелевский лауреат вернулся в Цюрих, где принял швейцарское подданство и продолжил преподавательскую работу в Политехническом институте в Цюрихе.

В последних своих работах гениальный ученый развивал физику частиц и проводил исследования взаимодействия частиц высокой энергии и сил взаимодействия.

Нильс Бор называл своего молодого коллегу «чистой совестью физики», поскольку Паули беспощадно и слишком критически относился как к своим работам, так и к работам коллег. Даже работы друзей получали от него характеристику как «совсем неверные» или «не то что неправильные, но даже не дотягивающие до ошибочных!» Он еще при жизни стал действующим героем многих анекдотов. Поговаривают, что после того как Гейзенберг представил Паули свою новую теорию, он через некоторое время получил письмо от Паули. В письме был нарисован квадрат с пометкой «Я могу рисовать как Тициан», а внизу письма мелким почерком было приписано: «Не хватает только деталей».

Знаменитый ученый был стопроцентным теоретиком. Поговаривали, что стоило ему лишь войти в исследовательскую лабораторию, как чувствительная электронная аппаратура сразу же выходила из строя. Этот «эффект Паули», ставший также всемирно известным, вошел в различные сборники из разряда «физики шутят».

Среди множества случаев, связанных с «эффектом Паули», был и такой. Однажды в лаборатории Джеймса Франка в Геттингене от неожиданного сокрушительного взрыва была разрушена дорогая установка. Как потом оказалось, взрыв произошел в то самое время, когда поезд, в котором Паули ехал из Цюриха в Копенгаген, остановился на несколько минут в Геттингене.

Первый брак знаменитого ученого оказался неудачным. В 1934 году он вторично женился – на Франциске Бертрам. Супруги любили слушать музыку, посещали театр.

Притчей во языцех стали одинокие прогулки Паули на дальние расстояния. Кроме того, он любил рыбачить и совершать походы в Альпы.

Одним из лучших друзей ученого был всемирно известный психолог Карл Густав Юнг, с которым Паули активно переписывался с 1923 года и до самой смерти. Из их переписки выяснилось, что львиная доля объяснений понятия синхронности, введенного Юнгом, на самом деле принадлежит Паули. Кроме того, ученый интересовался архетипами, понятием коллективного бессознательного, сопоставлением внутреннего мира человека с внешним миром, поднятыми в работах Юнга.

Кроме Нобелевской премии знаменитый ученый был награжден медалью Хендрика Лоренца (1930), медалью Франклина Франклиновского института (1952) и медалью имени Макса Планка Германского физического общества (1958).

Паули состоял членом различных научных обществ, среди которых можно выделить Швейцарское физическое общество, Американское физическое общество, Лондонское королевское общество, а также Американскую ассоциацию фундаментальных наук.

Вольфганг Паули скончался от рака в Цюрихе 15 декабря 1958 года.


ЖОЛИО ФРЕДЕРИК (1900   г.   – 1958   г.) | 100 знаменитых ученых | ФЕРМИ ЭНРИКО (1901   г.   – 1954   г.)