Wolfgang Ernst Pauli ( 25 de abril de 1900 - 15 de diciembre de 1958) fue un físico teórico austríaco y uno de los pioneros de la física cuántica . En 1945 , tras haber sido nominado por Albert Einstein , [ 7] Pauli recibió el Premio Nobel de Física por su «contribución decisiva a través de su descubrimiento de una nueva ley de la naturaleza, el principio de exclusión o principio de Pauli ». El descubrimiento involucraba la teoría del espín , que es la base de una teoría de la estructura de la materia .
Pauli nació en Viena , hijo 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 fue dado en honor a su padrino , el físico Ernst Mach . Los abuelos paternos de Pauli eran de prominentes familias judías de Praga ; su bisabuelo fue el editor judío Wolf Pascheles . [8] La madre de Pauli, Bertha Schütz, fue criada en la religión católica romana de su madre; su padre fue el escritor judío Friedrich Schütz . Pauli fue criado como católico romano . [9]
Pauli asistió al Döblinger - Gymnasium de Viena, donde se graduó con honores en 1918. Dos meses después, publicó su primer artículo sobre la teoría de la relatividad general de Albert Einstein . Asistió a la Universidad de Múnich , donde trabajó 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] [10]
Sommerfeld le pidió a Pauli que revisara la teoría de la relatividad para la Enciclopedia de las Ciencias Matemáticas . Dos meses después de recibir su doctorado, Pauli completó el artículo, que llegó a tener 237 páginas. Einstein lo elogió; publicado como monografía , sigue siendo una referencia estándar sobre el tema. [11]
Pauli pasó un año en la Universidad de Gotinga como asistente de Max Born , y el año siguiente en el Instituto de Física Teórica de Copenhague (más tarde el Instituto Niels Bohr ). [1] De 1923 a 1928, fue profesor en la Universidad de Hamburgo . [12] Durante este período, Pauli fue fundamental 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 de Zúrich , en Suiza. [1] Fue galardonado con la Medalla Lorentz en 1930. [13] Ocupó puestos de profesor visitante 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 comenzó inmediatamente a interpretar los sueños profundamente arquetípicos de Pauli y Pauli se convirtió en colaborador suyo. Pronto comenzó a criticar científicamente la epistemología de la teoría de Jung, y esto contribuyó a una cierta clarificación de las ideas de Jung, especialmente sobre la sincronicidad . Una gran parte de estas discusiones están documentadas en las cartas Pauli/Jung, hoy publicadas como Átomo y arquetipo . 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 se consideró el libro definitivo sobre el nuevo campo de la física cuántica. Robert Oppenheimer lo llamó "la única introducción para adultos a la mecánica cuántica". [14]
En 1938, tras la anexión de Austria a Alemania , Pauli obtuvo la nacionalidad alemana, lo que le supuso un problema en 1939, tras el estallido de la Segunda Guerra Mundial. En 1940, intentó en vano obtener la nacionalidad suiza, lo que le habría permitido permanecer en la ETH. [15]
En 1940, Pauli se trasladó a Estados Unidos, donde trabajó como profesor de física teórica en el Instituto de Estudios Avanzados . En 1946, después de la guerra, se naturalizó ciudadano estadounidense y regresó a Zúrich, donde permaneció durante la mayor parte de su vida. En 1949, obtuvo la ciudadanía suiza.
En 1958, Pauli recibió la medalla Max Planck . Ese mismo año, enfermó de cáncer de páncreas . Cuando su último asistente, Charles Enz, lo visitó en el hospital Rotkreuz de Zúrich, Pauli le preguntó: "¿Viste el número de la habitación?". Era el 137. A lo largo de su vida, Pauli había estado preocupado por la pregunta de por qué la constante de estructura fina , una constante fundamental adimensional , tiene un valor casi igual a 1/137. [16] Pauli murió en esa habitación el 15 de diciembre de 1958. [17] [18]
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Pauli hizo muchas contribuciones importantes como físico, principalmente en el campo de la mecánica cuántica . Rara vez publicó artículos, prefiriendo la correspondencia extensa con colegas como Niels Bohr de la Universidad de Copenhague en Dinamarca y Werner Heisenberg , con quien tenía una estrecha amistad. Muchas de sus ideas y resultados nunca se publicaron y aparecieron solo en sus cartas, que a menudo eran copiadas y circuladas por sus destinatarios. En 1921 Pauli trabajó con Bohr para crear el Principio de Aufbau , que describía la acumulación de electrones en capas basándose en la palabra alemana para acumulación, ya que Bohr también hablaba alemán con fluidez.
Pauli propuso en 1924 un nuevo grado cuántico de libertad (o número cuántico ) con dos valores posibles, para resolver las inconsistencias entre los espectros moleculares observados y la teoría en desarrollo de la mecánica cuántica. Formuló el principio de exclusión de Pauli, quizás su trabajo más importante, que establecía que no podían existir dos electrones en el mismo estado cuántico, identificado por cuatro números cuánticos incluyendo su nuevo grado de libertad de dos valores. La idea del espín se originó con Ralph Kronig . Un año después, George Uhlenbeck y Samuel Goudsmit identificaron el nuevo grado de libertad de Pauli como el espín del electrón , en el que Pauli durante mucho tiempo se negó erróneamente a creer. [19]
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. Se dice a veces 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 inventó estas mismas matrices él mismo 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 y otros , que empezaba con " Estimados señores y señoras radiactivos ", propuso la existencia de una partícula neutra no observada hasta entonces con una masa pequeña, no mayor que el 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 llega a quien sabe esperar. Pauli". [20]
En 1940, Pauli volvió a derivar el teorema de 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 lo 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, de manera importante, el cálculo de correcciones de orden superior en la teoría de perturbaciones.
Pauli hizo repetidas críticas a la síntesis moderna de la biología evolutiva , [21] [22] y sus admiradores contemporáneos señalan los modos de herencia epigenética como apoyo a sus argumentos. [23]
En 1900, Paul Drude propuso 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 en el metal deben obedecer a 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). [24]
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 . [25]
El efecto Pauli recibió su nombre de su extraña y anecdótica habilidad para romper equipos experimentales simplemente estando cerca de ellos. Pauli era consciente de su reputación y se alegraba cada vez que se manifestaba el efecto Pauli. Estos extraños sucesos estaban en línea con sus controvertidas investigaciones sobre la legitimidad de la parapsicología , en particular su colaboración con CG Jung sobre la sincronicidad . [26] Max Born consideraba a Pauli "solo comparable al propio Einstein... quizás incluso mayor". Einstein declaró a Pauli su "heredero espiritual". [27]
Pauli era famoso por su perfeccionismo, algo que se extendía no sólo a su propio trabajo, sino también al de sus colegas. Como resultado, se lo conoció en la comunidad de físicos como la "conciencia de la física", el crítico ante el cual sus colegas debían rendir cuentas. Podía ser mordaz en su rechazo de cualquier teoría que encontrara deficiente, a menudo calificándola de ganz falsch , "totalmente errónea".
Pero ésta no era su crítica más severa, que reservaba para teorías o tesis presentadas de manera tan poco clara que no se podían comprobar ni evaluar y, por lo tanto, no pertenecían propiamente al ámbito de la ciencia, aunque se presentaran como tales. Eran peores que erróneas porque no se podía demostrar que lo eran. Es célebre la frase que dijo una vez sobre un artículo tan poco claro: "¡ Ni siquiera es incorrecto !" [1]
Su supuesto comentario al encontrarse con otro físico destacado, Paul Ehrenfest , ilustra esta noción de un Pauli arrogante. Los dos se conocieron en una conferencia por primera vez. Ehrenfest estaba familiarizado con los artículos de Pauli y quedó muy impresionado con ellos. Después de unos minutos de conversación, Ehrenfest comentó: "Creo que me gusta su artículo de la Enciclopedia [sobre la teoría de la relatividad] más que usted", a lo que Pauli replicó: "Eso es extraño. Con respecto a usted, a mí me pasa exactamente lo contrario". [28] 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 los jóvenes participantes en la Conferencia Solvay de 1927 , sobre las opiniones de Einstein y Planck sobre la religión. En ella 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 la comunicó más tarde. Entre otras cosas, Dirac dijo: "No puedo entender por qué nos quedamos sin hablar de religión. Si somos honestos -y como científicos la honestidad es nuestro deber preciso- no podemos dejar de admitir que cualquier religión es un conjunto de afirmaciones falsas, privadas de cualquier fundamento real. 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 opinión de Heisenberg era tolerante. Pauli había guardado silencio, después de algunas observaciones iniciales. Pero cuando finalmente le pidieron su opinión, bromeó: "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 estallaron en risas, incluido Dirac. [29]
Muchas de las ideas y resultados de Pauli nunca fueron publicados y aparecieron únicamente en sus cartas, que a menudo eran copiadas y circuladas por sus destinatarios. Puede que a Pauli no le preocupara que gran parte de su trabajo quedara sin crédito, pero cuando llegó el momento de la conferencia de Heisenberg de 1958 en Gotinga, de renombre mundial, sobre su trabajo conjunto en una teoría de campos unificados, y el comunicado de prensa que calificaba a Pauli de mero "asistente del profesor Heisenberg", Pauli se sintió ofendido y denunció la destreza física de Heisenberg. El deterioro de su relación dio lugar a 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 de campos era insostenible, lo que validó las críticas de Pauli. [30]
En sus discusiones con Carl Jung , Pauli desarrolló una teoría ontológica que se ha denominado la "Conjetura de Pauli-Jung" y que se ha considerado como una especie de teoría de doble aspecto . La teoría sostiene que existe "una realidad psicofísicamente neutral" y que los aspectos mentales y físicos son derivados de esta realidad. [31] Pauli pensaba 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 que están sujetos tanto los objetos materiales externos como las imágenes internas". [32]
Pauli y Jung sostenían que esta realidad estaba gobernada por principios comunes (" arquetipos ") que aparecen como fenómenos psicológicos o como eventos físicos. [33] También sostenían que las sincronicidades podrían revelar algunos de los mecanismos de esta realidad subyacente. [33] [32]
Se le considera deísta y 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". [34] [35]
En 1929, Pauli se casó con Käthe Margarethe Deppner, bailarina de cabaret. [36] El matrimonio no fue feliz y terminó en divorcio al cabo de menos de un año. Se casó de nuevo en 1934 con Franziska Bertram (1901-1987). No tuvieron hijos.
Pauli murió de cáncer de páncreas el 15 de diciembre de 1958, a la edad de 58 años. [17] [18]
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 muy 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 (véase 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 compartía mi preocupación... "La concepción de Einstein es más parecida a la mía. Su Dios está de algún modo involucrado en las leyes inmutables de la naturaleza. Einstein tiene un sentido del 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 de los contenidos de la religión. No creo que Einstein esté vinculado a ninguna tradición religiosa, y más bien creo que la idea de un Dios personal le es completamente ajena."
