物理天才初露锋芒
1919年,刚高中毕业没多久的泡利带着父亲的介绍信到慕尼黑大学见著名物理学家索未菲,想不上大学,直接跟着索未菲读研究生,并参加高年级研究生的讨论班。看过泡利所携带的关于广义相对论在水星运动中应用的论文后,索未菲十分惊讶,并同意了泡利去听他讲授的课,但他对泡利是否能听懂还是持怀疑态度,并认为泡利去参加为高年级研究生开设的讨论班也毫无意义。
然而,泡利却成为了索未菲班里学得最好、掌握问题最快、理解问题最深刻的学生,表现出了出色的才能。这其实是因为泡利的父亲是一位发表过不少论文和著作的生物化学教授,教父是生理学家、物理学家、哲学大家马赫,泡利从小就受到了相关的科学教育。马赫还推荐维也纳大学的函数论名家去给年幼的泡利辅导数学,14岁的泡利就学完了微积分。上中学的泡利还跟着知名的理论物理学博士学物理。可以说,泡利的学术起点相当高。
鉴于泡利的出色才能,索未菲推荐泡利为数学家克莱因将要编纂的《数学科学全书》撰写相对论方面的科学文章。泡利以惊人的速度很快就写成了一篇长达250页的专题论著。该论著得到了多位科学家的极高评价。爱因斯坦评论该论著:“读了这篇成熟的、构思宏伟的著作,谁也不会相信作者是一个21岁的年轻人,思想发展的心领神会、数学推导的精湛、深刻的物理洞察力、流畅的系统的表达能力、文献知识的广博、题材的完备处理、评价的恰到好处——人们简直不知最先称赞什么才好。”
发现不相容原理荣获诺奖
1921年,年仅21岁的泡利就获得了博士学位。而后,他去哥廷根大学担任著名物理学家波恩的助教;1923—1928年,在汉堡大学任讲师;1928年到瑞士苏黎世的联邦工业大学任理论物理学教授;1935年为躲避法西斯迫害而到美国;1940年受聘为普林斯顿高级研究院的理论物理学访问教授。由于发现不相容原理,泡利荣获1945年诺贝尔物理学奖。不相容原理是泡利基于对塞曼效应的研究而提出的。中国科学院物理研究所研究员曹则贤介绍,在索未菲1916年的老量子理论导致的电子壳层里的 (最多) 电子数是1, 4, 9……而元素周期表表明应该是2, 8, 18……泡利引入了第四量子数来弥补这里的两倍问题。这个不相容,确切地说,电子的状态必须有唯一的量子数标签,其实意味着一种统计约束。泡利将不相容原理用于简并气体(遵从量子力学规律的微观粒子)里粒子的统计,解释了这些气体的顺磁性。
广为流传的轶事
泡利有个广为流传的轶事,这个轶事和歌手萧敬腾因为常常走到哪里,哪里就下雨,而被戏称为“雨神”类似。当时,泡利走到哪里,哪里的实验仪器就会发生故障,简称“泡利效应”。有一次,实验物理学家弗兰克位于哥廷根大学的实验室仪器突然失灵,当时泡利就坐着火车,刚好在该地停留。弗兰克在总结这次实验失败的原因时,在其中加了一个备注——“泡利经过此地”。
尖锐又挑剔,却被赞誉为理论物理学界的良知
除了丰厚的学术研究成果,天才物理学家泡利最让人印象深刻的当属他挑剔的性格和犀利的言辞。和泡利共事过的人,都对他尖锐到让人难以承受的批评深有感触,就连爱因斯坦都在演讲会上被他的火力攻击得招架不住。对于物理学家赛格雷发表的报告,他评价道:“如此糟糕。”泡利的第一篇文章就是对数学家外尔的广义相对论、奠基规范场论文的挑剔与批评。物理学家杨振宁也曾在进行报告时被泡利所质疑和“炮轰”:“这算个什么借口?”要不是奥本海默从中调和,报告会很有可能尴尬得进行不下去。
而当泡利评价“哦,这竟然没什么错”时,这通常就是得到了泡利的赞许。罗森菲尔德曾说:“在物理学家的心目中,无论谁的赞誉都抵不上泡利所赐的首肯,就连玻尔也不例外。”玻尔曾这样评价泡利:“确实每个人都渴望听到泡利永远很强烈和很幽默地表示出来的对于新发现和新想法的反应以及他对新开辟的前景的爱与憎,即使暂时感到不愉快,我们也永远是从泡利的评论中获益匪浅的;如果他感到必须改变自己的观点,他就极其庄重地当众承认,因此,当新的发现受到他的赞赏时,那就是一种巨大的安慰……他就越来越变成了理論物理学界的一种良知。”
参考资料
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[2] 夏冰,阿尼尔·阿南塔斯瓦米.当量子物理遇上精神病学[J].世界科学,2020(11):60-61.
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[4] 曹则贤.天才与良知:那个尖锐的物理学家泡利|泡利诞辰120周年纪念[EB/OL].(2020-04-25)[2021-08-23].https://baijiahao.baidu.com/s?id=1664915517389484257&wfr=spider&for=pc.
沃尔夫冈·泡利
沃尔夫冈·泡利(1900—1958),卓越的理论物理学家,1945年诺贝尔物理学奖获得者,在原子物理学和量子力学领域都作出了重要贡献。他于1900年4月25日生于奥地利维也纳,毕业于慕尼黑大学,1958年12月15日在苏黎世逝世,享年58岁。他发现了“泡利不相容原理”;建立了著名的“中微子”假说;提出了二分量波函数的概念和著名的泡利自旋矩阵,并在量子场论、固体物理等领域都取得了丰硕的科研成果。