泡利處處不相容

2020-11-22 騰訊網

  愛因斯坦剛剛作完報告,臺下便有人站起來評價說,「看來他並不是很蠢」。

  說話的人是沃爾夫岡·泡利(Wolfgang Pauli),他最佩服的科學家正是愛因斯坦,但這並不影響他對愛因斯坦作出這樣的評價。而愛因斯坦和他那個時代的物理學家,也再熟悉不過這個人說話的口吻。

  1925年,這個只有25歲的奧地利年輕人,通過計算發現,「在一個原子中,絕不能有兩個或兩個以上的同種電子」。這便是後來著名的「泡利不相容原理」。不過在當時,這一重大發現並不被同行們承認,倒是泡利刻薄而自信的脾性,廣為人所知。

  其中包括哥本哈根大學物理學研究所所長玻爾。1922年,因為欣賞泡利的才華,玻爾邀請22歲的泡利到研究所進行學術訪問。這年年底,37歲的玻爾獲得了諾貝爾物理學獎。但是在討論問題的過程中,備受尊重的玻爾,常常遭到泡利的批評。

  「住口,別再犯傻了!」當著眾人的面,泡利對玻爾大聲喊道。

  「但是,泡利你聽我……」「不,我一個字也不要再聽!」性情溫和的玻爾話還未說完,已經被泡利頂了回去。

  在研究所的這一年,泡利常和同事們吵得很兇,但這並不影響大家對泡利的尊重,因為很多時候,最終的結果證明他是對的。玻爾在遇到不好解決的問題時,也會來找泡利討論。後來,玻爾曾回憶道:「大家暫時可能會不愉快,可從長遠來看,我們都從泡利的評論中獲益匪淺。」

  他了解這個年輕人對科學研究有多認真。有一天,泡利來玻爾家拜訪時,顯得悶悶不樂。熱心的玻爾夫人很關切地詢問,迎來的卻是泡利暴躁的回答。年輕人說自己無法理解反常的塞曼效應,「自然不高興」。

  也是這份認真,讓泡利在離開哥本哈根到漢堡大學任教後,不久便發現了不相容原理。然而,由於他批評人時實在過於尖銳,並且不顧及對方的身份,有人更願意戲稱泡利為「上帝的鞭子」。

  這隻「鞭子」並未在漢堡揮舞太久。他去了蘇黎世聯邦技術研究院擔任理論物理教授。在那裡,泡利預言了中微子的存在,但當時沒人能夠驗證。

  「泡利不相容原理」則在被忽略20年後,被人們重新提及,並因此將1945年諾貝爾物理學獎授予泡利。提名泡利的,正是愛因斯坦。他認為不相容原理,為發現新的自然規律作出了重要的貢獻。

  早在1921年前,愛因斯坦就曾評價這個年輕人。那時,泡利正跟慕尼黑大學的著名物理學家索末菲學習。泡利的父親與索末菲是好友,高中畢業生泡利拿著父親的信找到索末菲,直接提出不上大學就讀研究生。

  看在好友的份上,索末菲沒有拒絕,他以為這個年輕人到時候自然會知難而退。出乎意料的是,他發現泡利比周圍的研究生還要優秀。恰在此時,德國準備出版一本百科全書,介紹愛因斯坦相對論的任務,被委託給了索末菲。索末菲轉手把這項任務交付給泡利。

  最終,21歲的年輕人對愛因斯坦的理論進行了精闢的論述。「誰也不敢相信作者是一個21歲的年輕人……簡直不知稱讚什麼才好。」在給索末菲的信裡,愛因斯坦表達了他對泡利的讚許。

  只是完美主義者泡利,沒有愛因斯坦這般慷慨。據說在一次學術會議上,一位物理學家作完報告後,泡利告訴他,「我從來沒聽過像你這樣糟糕的報告」,然後他又扭頭對身邊的一位物理化學家說,「如果你來作報告,情況會更糟糕。」

  對於自己的這種刻薄,泡利自有道理:「我不反對思考得慢,但反對說得比思考得快。」一位學生把自己寫的論文送給老師泡利看後,得到的答覆是,「這論文不僅不正確,甚至連錯誤都算不上。」還有泡利的師弟海森堡,這個1932年的諾貝爾物理學獎得主,得獎之前就被師兄罵得一無是處,在得獎以後,依舊被尚未得獎的師兄罵得狗血噴頭。

  這個發現了「泡利不相容原理」的人,似乎處處與人不相容。然而,泡利的那些罵聲,並沒有帶來人們對他的怨恨。1958年,「鞭子」徹底停止了揮動。在他的葬禮上,人們稱他是「理論物理學的良心」。他1931年就預言存在的中微子,則在1959年被實驗驗證。

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    1923—1928年,泡利在漢堡大學任講師。1925年1月,泡利提出了他一生中發現的最重要的原理——泡利不相容原理,為原子物理的發展奠定了重要基礎。泡利不相容原理(Pauli’s exclusion principle 又稱泡利原理、不相容原理):在原子的同一軌道中不能容納運動狀態完全相同的電子。
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