Wolfgang Ernst Pauli ( / ˈp ɔːl i / ; [5] alemán: [ˈvɔlfɡaŋ ˈpaʊli ] ; 25 de abril de 1900 - 15 de diciembre de 1958) fue un físico teórico austriaco y uno de los pioneros de la física cuántica . En 1945, después de haber sido nominado por Albert Einstein , [6] Pauli recibió el Premio Nobel de Física por su "contribución decisiva mediante el descubrimiento de una nueva ley de la Naturaleza, el principio de exclusión o principio de Pauli ". El descubrimiento involucró la teoría del espín , que es la base de una teoría de la estructura de la materia .
Pauli nació en Viena de un químico , Wolfgang Joseph Pauli ( né Wolf Pascheles, 1869-1955), y su esposa, Bertha Camilla Schütz; su hermana era Hertha Pauli , escritora y actriz. El segundo nombre de Pauli se le dio en honor a su padrino , el físico Ernst Mach . Los abuelos paternos de Pauli provenían de destacadas familias judías de Praga ; su bisabuelo fue el editor judío Wolf Pascheles . [7] La madre de Pauli, Bertha Schütz, se crió en la religión católica romana de su madre; su padre era el escritor judío Friedrich Schütz . Pauli fue criado como católico romano . [8]
Pauli asistió al Döblinger - Gymnasium de Viena, donde se graduó con distinción en 1918. Dos meses más tarde, publicó su primer artículo , sobre la teoría de la relatividad general de Albert Einstein . Asistió a la Universidad de Munich , trabajando con Arnold Sommerfeld , [1] donde recibió su doctorado en julio de 1921 por su tesis sobre la teoría cuántica del hidrógeno diatómico ionizado ( H+
2). [2] [9]
Sommerfeld pidió a Pauli que revisara la teoría de la relatividad para la Encyklopädie der mathematischen Wissenschaften ( Enciclopedia de Ciencias Matemáticas ). Dos meses después de recibir su doctorado, Pauli completó el artículo, que constaba de 237 páginas. Einstein lo elogió; Publicado como monografía , sigue siendo una referencia estándar sobre el tema. [10]
Pauli pasó un año en la Universidad de Göttingen como asistente de Max Born , y el año siguiente en el Instituto de Física Teórica de Copenhague (más tarde Instituto Niels Bohr ). [1] De 1923 a 1928 fue profesor en la Universidad de Hamburgo . [11] Durante este período, Pauli jugó un papel decisivo en el desarrollo de la teoría moderna de la mecánica cuántica . En particular, formuló el principio de exclusión y la teoría del espín no relativista .
En 1928, Pauli fue nombrado profesor de Física Teórica en la ETH Zurich en Suiza. [1] Recibió la Medalla Lorentz en 1930. [12] Ocupó cátedras invitadas en la Universidad de Michigan en 1931 y en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton en 1935.
A finales de 1930, poco después de su postulación del neutrino e inmediatamente después de su divorcio y del suicidio de su madre, Pauli experimentó una crisis personal. En enero de 1932 consultó al psiquiatra y psicoterapeuta Carl Jung , que también vivía cerca de Zúrich . Jung inmediatamente comenzó a interpretar los sueños profundamente arquetípicos de Pauli y Pauli se convirtió en colaborador de Jung. Pronto comenzó a criticar científicamente la epistemología de la teoría de Jung, y esto contribuyó a cierta clarificación de las ideas de Jung, especialmente sobre la sincronicidad . Muchas de estas discusiones están documentadas en las cartas de Pauli/Jung, publicadas hoy como Atom and Archetype . El elaborado análisis de Jung de más de 400 de los sueños de Pauli está documentado en Psicología y Alquimia . En 1933 Pauli publicó la segunda parte de su libro sobre Física, Handbuch der Physik , que fue considerado el libro definitivo sobre el nuevo campo de la física cuántica. Robert Oppenheimer lo llamó "la única introducción adulta a la mecánica cuántica". [13]
La anexión alemana de Austria en 1938 convirtió a Pauli en ciudadano alemán, lo que se convirtió en un problema para él en 1939, después del estallido de la Segunda Guerra Mundial. En 1940 intentó en vano obtener la ciudadanía suiza, que le habría permitido permanecer en la ETH. [14]
En 1940, Pauli se mudó a los Estados Unidos, donde trabajó como profesor de física teórica en el Instituto de Estudios Avanzados . En 1946, después de la guerra, se naturalizó como ciudadano estadounidense y regresó a Zúrich, donde permaneció la mayor parte del resto de su vida. En 1949 obtuvo la ciudadanía suiza.
En 1958, Pauli recibió la medalla Max Planck . El mismo año enfermó de cáncer de páncreas . Cuando su último asistente, Charles Enz, lo visitó en el hospital Rotkreuz de Zurich, Pauli le preguntó: "¿Viste el número de la habitación?". Era 137. A lo largo de su vida, Pauli había estado preocupado por la cuestión de por qué la constante de estructura fina , una constante fundamental adimensional , tiene un valor casi igual a 1/137. [15] Pauli murió en esa habitación el 15 de diciembre de 1958. [16] [17]
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Pauli hizo muchas contribuciones importantes como físico, principalmente en el campo de la mecánica cuántica . Rara vez publicaba artículos y prefería largas correspondencias con colegas como Niels Bohr de la Universidad de Copenhague en Dinamarca y Werner Heisenberg , con quien tenía estrechas amistades. Muchas de sus ideas y resultados nunca se publicaron y aparecieron sólo en sus cartas, que a menudo eran copiadas y distribuidas por sus destinatarios. En 1921, Pauli trabajó con Bohr para crear el Principio de Aufbau , que describía la formación de electrones en capas basándose en la palabra alemana para construcción, ya que Bohr también hablaba alemán con fluidez.
Pauli propuso en 1924 un nuevo grado de libertad cuántico (o número cuántico ) con dos valores posibles, para resolver inconsistencias entre los espectros moleculares observados y la teoría en desarrollo de la mecánica cuántica. Formuló el principio de exclusión de Pauli, quizás su obra más importante, que afirmaba que no podían existir dos electrones en el mismo estado cuántico, identificado por cuatro números cuánticos, incluido su nuevo grado de libertad de dos valores. La idea del giro se originó con Ralph Kronig . Un año más tarde, George Uhlenbeck y Samuel Goudsmit identificaron el nuevo grado de libertad de Pauli como el espín del electrón , en lo que Pauli se negó erróneamente a creer durante mucho tiempo. [18]
En 1926, poco después de que Heisenberg publicara la teoría matricial de la mecánica cuántica moderna , Pauli la utilizó para derivar el espectro observado del átomo de hidrógeno . Este resultado fue importante para asegurar la credibilidad de la teoría de Heisenberg.
Pauli introdujo las matrices de Pauli 2 × 2 como base de los operadores de espín, resolviendo así la teoría no relativista del espín. A veces se dice que este trabajo, incluida la ecuación de Pauli , influyó en Paul Dirac en su creación de la ecuación de Dirac para el electrón relativista , aunque Dirac dijo que él mismo inventó estas mismas matrices de forma independiente en ese momento. Dirac inventó matrices de espín similares pero más grandes (4x4) para usarlas en su tratamiento relativista del espín fermiónico .
En 1930, Pauli consideró el problema de la desintegración beta . En una carta del 4 de diciembre a Lise Meitner et al. , comenzando: " Queridos señoras y señores radiactivos ", propuso la existencia de una partícula neutra hasta ahora no observada con una masa pequeña, no superior al 1% de la masa de un protón, para explicar el espectro continuo de la desintegración beta. En 1934, Enrico Fermi incorporó la partícula, a la que llamó neutrino , "pequeño neutro" en el italiano nativo de Fermi, en su teoría de la desintegración beta. El neutrino fue confirmado experimentalmente por primera vez en 1956 por Frederick Reines y Clyde Cowan , dos años y medio antes de la muerte de Pauli. Al recibir la noticia, respondió por telegrama: "Gracias por el mensaje. Todo le llega a quien sabe esperar. Pauli". [19]
En 1940, Pauli volvió a derivar el teorema de la estadística de espín , un resultado crítico de la teoría cuántica de campos que establece que las partículas con espín semientero son fermiones , mientras que las partículas con espín entero son bosones .
En 1949, publicó un artículo sobre la regularización de Pauli-Villars : regularización es el término para las técnicas que modifican integrales matemáticas infinitas para hacerlas finitas durante los cálculos, de modo que uno pueda identificar si las cantidades intrínsecamente infinitas en la teoría (masa, carga, función de onda) ) forman un conjunto finito y, por tanto, calculable que puede redefinirse en términos de sus valores experimentales, criterio que se denomina renormalización y que elimina los infinitos de las teorías cuánticas de campos , pero también permite el cálculo de correcciones de orden superior en la teoría de perturbaciones.
Pauli hizo repetidas críticas a la síntesis moderna de la biología evolutiva , [20] [21] y sus admiradores contemporáneos señalan modos de herencia epigenética como respaldo de sus argumentos. [22]
Paul Drude propuso en 1900 el primer modelo teórico para un electrón clásico que se mueve a través de un sólido metálico. El modelo clásico de Drude también fue ampliado por Pauli y otros físicos. Pauli se dio cuenta de que los electrones libres del metal debían obedecer la estadística de Fermi-Dirac . Utilizando esta idea, desarrolló la teoría del paramagnetismo en 1926. Pauli dijo: “Festkörperphysik ist eine Schmutzphysik”: la física del estado sólido es la física de la suciedad. [23]
Pauli fue elegido miembro extranjero de la Royal Society (ForMemRS) en 1953 y presidente de la Sociedad Suiza de Física en 1955 durante dos años. [1] En 1958 se convirtió en miembro extranjero de la Real Academia de Artes y Ciencias de los Países Bajos . [24]
El efecto Pauli recibió su nombre de su extraña y anecdótica habilidad para romper equipos experimentales simplemente por estar cerca. Pauli era consciente de su reputación y se alegraba cada vez que se manifestaba el efecto Pauli. Estos extraños sucesos estaban en consonancia con sus controvertidas investigaciones sobre la legitimidad de la parapsicología , en particular su colaboración con CG Jung sobre la sincronicidad . [25] Max Born consideraba a Pauli "sólo comparable al propio Einstein... quizás incluso mayor". Einstein declaró a Pauli su "heredero espiritual". [26]
Pauli era famoso por ser un perfeccionista. Esto se extendió no sólo a su propio trabajo, sino también al de sus colegas. Como resultado, se hizo conocido en la comunidad física como la "conciencia de la física", el crítico ante quien debían rendir cuentas sus colegas. Podía ser mordaz al rechazar cualquier teoría que le faltara, a menudo etiquetándola como ganz falsch , "completamente errónea".
Pero esta no fue su crítica más severa, que reservó para teorías o tesis presentadas de manera tan poco clara que no eran comprobables o no evaluables y, por lo tanto, no pertenecían propiamente al ámbito de la ciencia, aunque se presentaran como tales. Estaban peor que equivocados porque no se podía demostrar que estuvieran equivocados. Es famoso que una vez dijo de un documento tan poco claro: "¡ Ni siquiera está mal !". [1]
Su supuesto comentario cuando conoció a otro destacado físico, Paul Ehrenfest , ilustra esta noción de un Pauli arrogante. Los dos se reunieron por primera vez en una conferencia. Ehrenfest conocía los artículos de Pauli y quedó bastante impresionado con ellos. Después de unos minutos de conversación, Ehrenfest comentó: "Creo que me gusta más tu artículo de la Enciclopedia [sobre la teoría de la relatividad] que tú", a lo que Pauli replicó: "Eso es extraño. En mi caso, con respecto a ti, es todo lo contrario". ". [27] Los dos se hicieron muy buenos amigos a partir de entonces.
Una imagen algo más cálida surge de esta historia, que aparece en el artículo sobre Dirac:
Werner Heisenberg [en Physics and Beyond , 1971] recuerda una conversación amistosa entre jóvenes participantes en la Conferencia Solvay de 1927, sobre las opiniones de Einstein y Planck sobre la religión. En él participaron Wolfgang Pauli, Heisenberg y Dirac. La contribución de Dirac fue una crítica conmovedora y clara de la manipulación política de la religión, que fue muy apreciada por su lucidez por Bohr, cuando Heisenberg se lo informó más tarde. Entre otras cosas, Dirac dijo: "No puedo entender por qué estamos ociosos discutiendo sobre religión. Si somos honestos -y como científicos la honestidad es nuestro deber preciso- no podemos dejar de admitir que cualquier religión es un montón de declaraciones falsas, privadas de cualquier significado real. fundamento. La idea misma de Dios es un producto de la imaginación humana. [ ... ] No reconozco ningún mito religioso, al menos porque se contradicen entre sí. [ ... ]" La visión de Heisenberg era tolerante. Pauli había guardado silencio, después de algunas observaciones iniciales. Pero cuando finalmente le preguntaron su opinión, bromeando dijo: "Bueno, yo diría que también nuestro amigo Dirac tiene una religión y el primer mandamiento de esta religión es 'Dios no existe y Paul Dirac es su profeta'. ". Todos se echaron a reír, incluido Dirac. [28]
Muchas de las ideas y resultados de Pauli nunca se publicaron y aparecieron sólo en sus cartas, que a menudo eran copiadas y distribuidas por sus destinatarios. Puede que a Pauli no le preocupara que gran parte de su trabajo no quedara acreditado, pero en lo que respecta a la mundialmente famosa conferencia de Heisenberg en Göttingen en 1958 sobre su trabajo conjunto sobre una teoría de campo unificado, y el comunicado de prensa que llamaba a Pauli un mero "asistente del profesor Heisenberg" ", Pauli se ofendió y denunció las proezas físicas de Heisenberg. El deterioro de su relación hizo que Heisenberg ignorara el funeral de Pauli y escribiera en su autobiografía que las críticas de Pauli eran exageradas, aunque en última instancia se demostró que la teoría del campo era insostenible, lo que validó las críticas de Pauli. [29]
En sus discusiones con Carl Jung , Pauli desarrolló una teoría ontológica que ha sido denominada "Conjetura de Pauli-Jung" y ha sido vista como una especie de teoría de doble aspecto . La teoría sostiene que existe "una realidad psicofísicamente neutral" y que los aspectos físicos y mentales se derivan de esta realidad. [30] Pauli pensó que los elementos de la física cuántica apuntaban a una realidad más profunda que podría explicar la brecha mente/materia y escribió: "debemos postular un orden cósmico de la naturaleza más allá de nuestro control al cual tanto los objetos materiales externos como las imágenes internas son sujeto." [31]
Pauli y Jung sostenían que esta realidad estaba regida por principios comunes (" arquetipos ") que aparecen como fenómenos psicológicos o como acontecimientos físicos. [32] También sostuvieron que las sincronicidades podrían revelar algunos de los funcionamientos de esta realidad subyacente. [32] [31]
Se le considera un deísta y un místico . En No Time to Be Brief: A Scientific Biography of Wolfgang Pauli se le cita escribiendo al historiador de la ciencia Shmuel Sambursky: "En oposición a las religiones monoteístas – pero al unísono con el misticismo de todos los pueblos, incluido el misticismo judío – creo que la realidad última no es personal." [33] [34]
En 1929, Pauli se casó con Käthe Margarethe Deppner, una bailarina de cabaret. [35] El matrimonio fue infeliz y terminó en divorcio después de menos de un año. Se volvió a casar en 1934 con Franziska Bertram (1901-1987). No tuvieron hijos.
Pauli murió de cáncer de páncreas el 15 de diciembre de 1958, a los 58 años. [16] [17]
1922...Wolfgang Pauli y Werner Heisenberg son asistentes de investigación de Max Born
Benannt ist das Centre nach dem Physik-Nobelpreisträger, der von 1923 bis 1928 Profesor en la guerra de Hamburgo.
... un comunicado de prensa que decía, de manera más ofensiva para Pauli, 'El profesor Heisenberg y su asistente W. Pauli...
Al mismo tiempo, Pauli escribe el 11 de octubre de 1957 al historiador de la ciencia Shmuel Sambursky, a quien había conocido en su viaje a Israel (ver Ref. [7], p. 964): "En oposición a las religiones monoteístas, pero al unísono con el misticismo de todos los pueblos, incluido el misticismo judío; creo que la realidad última no es personal.'
Wolfgang compartió mi preocupación. ... "La concepción de Einstein está más cerca de la mía. Su Dios está de alguna manera involucrado en las leyes inmutables de la naturaleza. Einstein tiene un sentimiento por el orden central de las cosas. Puede detectarlo en la simplicidad de las leyes naturales. Podemos suponer que Sintió esta simplicidad muy fuerte y directamente durante su descubrimiento de la teoría de la relatividad. Es cierto que esto está muy lejos del contenido de la religión. No creo que Einstein esté ligado a ninguna tradición religiosa, y más bien creo que la idea de un Dios personal le es completamente ajeno."
