Принципы Паули

Еще более известной, чем эта смелая фраза, стала вышедшая через два года статья Паули о теории относительности в Энциклопедии математических наук. Даже сам Эйнштейн, уже забывший о неловком случае, прочитал этот фундаментальный 250-страничный труд и восторженно заявил, что теперь гораздо лучше понял собственную теорию. В научных кругах недоумевали: откуда взялся этот одаренный юноша? А юноша приехал из родной Вены и был твердо намерен стать светилом науки.

Паули с детства увлекался наукой, вызывая неизменное восхищение окружающих его взрослых 

Впрочем, могла ли у него быть другая цель? Мальчик родился в далеком 1900 году в семье врача и профессора химии Вольфганга Йозефа Паули и фельетонистки Берты Камиллы Шютц. Его назвали Вольфгангом-младшим, а свое второе имя – Эрнст – он получил в честь своего крестного отца, физика и философа Эрнста Маха (Ernst Mach). С самого детства маленький Паули проявлял способности к точным наукам. Школьная программа была для него простой и понятной, поэтому на уроках он откровенно скучал. Дошло до того, что в 13 лет мальчик тайком самостоятельно изучил высшую математику и переключился на теорию относительности. Берта Паули, всей душой желавшая привить сыну любовь к искусству, вынуждена была сдаться и признать, что влияние мужа оказалось сильнее. Таким образом, судьба вундеркинда была решена: в 1918 году достигший совершеннолетия Вольфганг отправился в Мюнхенский университет, где его учителем стал Арнольд Зоммерфельд (Arnold Sommerfeld). Именно Зоммерфельд дал подающему большие надежды студенту-второкурснику поручение написать ту самую статью, поясняющую теорию относительности Эйнштейна. Что было дальше, нам известно. 

А еще через два года молодой ученый получил докторскую степень за исследование по теории молекулы водорода, успел поработать с Максом Борном в Геттингене и, наконец, отправился в Копенгаген, чтобы стать ассистентом свежеиспеченного нобелевского лауреата Нильса Бора (Niels Bohr). Узнав об этом, Паули-старший выразил надежду, что сын научится у Бора не только физике, но и хорошим манерам. Но обстановка в университете была весьма демократичной: под ногами путались сыновья ученого, его жена готовила для студентов бутерброды, а сам мэтр, обожавший фильмы про ковбоев, с удовольствием ходил с подопечными в кинотеатр. Не способствовало субординации и то, что для Паули возраст или ученая степень собеседника никогда не являлись авторитетом. Он сам в 21 год стал доктором наук, поэтому признавал только неопровержимые факты и железную логику. В результате наглец не только не научился вести себя в обществе, но и растерял последние крохи вежливости и почтения к старшим. 

Но именно здесь, в этой вопиюще неакадемической обстановке, и рождались предпосылки будущего великого открытия, увековечившего имя Паули в учебниках физики. Дело в том, что молодого ученого чем-то не устраивала планетарная модель атома, предложенная Резерфордом и усовершенствованная Бором, о чем он без капли смущения и заявлял своему учителю. Мирные беседы то и дело перетекали в жаркие споры, во время которых Паули убеждал Бора в том, что его модель далека от совершенства. Что до самой модели, то она являла собой ядро с вращающимися вокруг него электронами, испускающими или поглощающими излучение при переходе с одной разрешенной орбиты на другую. В основе ее построения лежало представление о том, что каждая линия спектра излучения атома соответствует свету, испускаемому атомом, когда электрон переходит с более высокой орбиты на более низкую.

Паули отметил, что у классической модели есть один, но весьма существенный недостаток: она не объясняла эффекта Зеемана. А ведь его так волновало явление, которое в 1896 году обнаружил голландский физик! В своей лаборатории Питер Зееман (Pieter Zeeman) поместил в сильное магнитное поле устройство, наполненное парами раскаленного натрия, и отметил, что число линий в спектрах испускания возрастает. В сильном электрическом поле наблюдалась та же реакция. Пока на электроны действовали только внутренние силы ядра, они были вынуждены находиться в состояниях с ограниченным набором энергий, но при появлении внешнего поля возникали новые состояния и, следовательно, новые линии спектра. Именно тщательный анализ спектров Зеемана позволил Вольфгангу Паули прийти к мысли о том, что на одной орбитали могут располагаться только два электрона, и сформулировать принцип, ставший одним из основополагающих в квантовой механике: две тождественные частицы с полуцелым спином не могут одновременно находиться в одном и том же состоянии. 

Вольфганг Паули и Нильс Бор демонстрируют переворачивание "китайского волчка" на открытии нового Института Физики в г. Лунд (Швеция, 1954)

Открытие принципа запрета принесло Паули, и так привыкшему к вниманию и восхищению, еще большую популярность в научных кругах. Правда, ученому не удалось побыть баловнем судьбы. В 1927 году, узнав о том, что у мужа есть другая женщина, 48-летняя Берта Паули покончила с собой. Для Вольфганга, который был очень близок с матерью, это стало огромным потрясением. Вдобавок ко всему отец не выглядел опечаленным и спустя год уже женился на скульпторе Марии Роттлер, ровеснице сына. 

Естественно, Паули был разгневан таким поворотом событий. Назло отцу он отрекся от католической церкви, а во время одного из визитов в Берлин познакомился с танцовщицей кабаре по имени Луиза Деппнер и сделал ей предложение. Вопреки уговорам родных, свадьба состоялась, но скоропалительному браку суждено было продлиться всего десять месяцев. Дело в том, что молодая жена еще до замужества завела роман с химиком Паулем Голдфингером, который интересовал ее гораздо больше собственного супруга. Не прошло и года, как Луиза оставила мужа и обрела счастье с новым избранником. «Я бы понял, если бы она нашла себе тореадора, но заурядный химик...» – сказал на это Паули. 

Тем не менее, физик очень тяжело переживал развод. Его все чаще стали замечать в ночных увеселительных заведениях, он начал выпивать и нередко устраивал пьяные дебоши и ввязывался в драки. В конце концов, ученый приобрел настолько сомнительную репутацию, что его вообще перестали пускать в бары и рестораны. На этом проблемы не только не закончились, но и усугубились: Паули начал страдать от кошмаров, которые совершенно не давали ему спать. Правда, стресс и бессонница пошли на пользу научным изысканиям: спустя всего неделю после развода Паули уже отправил письмо на Международную конференцию по вопросам радиоактивности, в котором сделал смелое предположение о существовании нейтрально заряженных элементарных частиц (позже они получат название нейтрино). 

Вольфганг-старший гордился научными успехами сына, но был крайне обеспокоен его душевным состоянием. И наконец выход был найден: он разыскал известного психотерапевта и эксперта по толкованию снов (и к тому же бывшего соседа Фрейда) по имени Карл Густав Юнг и направил младшего Паули к нему на прием. Именно тогда и завязалась крепкая дружба двух гениев, продолжавшаяся вплоть до смерти Вольфганга Паули от рака поджелудочной железы в декабре 1958 года.

Юнг был в восторге от нового пациента, чьи сны оказались наполнены архетипическими образами и давали богатый материал для исследований. Они обменивались длинными письмами, в которых Паули подробно рассказывал психотерапевту о своих снах (всего он оставил Юнгу описание более чем тысячи сновидений). В этой переписке и оформилась теория синхроничности, над которой уже работал Юнг, причем многие основополагающие идеи принадлежали не психотерапевту, а великому физику. Почему же Паули так заинтересовался влиянием мысли на материю? Дело в том, что у него был маленький секрет.

В научных кругах ходили слухи, что достаточно Паули лишь на мгновение показаться в лаборатории, как оборудование тут же выйдет из строя. Доходило до смешного: желая продемонстрировать «эффект Паули» в действии на одной из конференций, несколько коллег соединили дверь аудитории с часами с помощью реле – так, чтобы при открытии двери часы остановились. Но стоило Паули потянуть за дверную ручку, как… отказало само реле. Физик сразу обратил внимание на загадочную конструкцию и ехидно отметил, что вот это – настоящий «эффект Паули». 

Самым же известным документально зафиксированным проявлением «эффекта» является следующий. Однажды в лаборатории Джеймса Франка в Геттингене произошел настоящий взрыв, который уничтожил дорогую установку для изучения атомных явлений. Франк написал об этом случае Вольфгангу Паули и получил ответ, в котором ученый признавался, что ездил навестить Нильса Бора в Копенгаген. Взрыв произошел ровно в тот момент, когда его поезд совершал восьмиминутную стоянку в Геттингене.

К счастью, влияние легендарного «эффекта» распространялось только на лабораторные установки и не помешало ученому устроить личную жизнь. В апреле 1934 года Паули снова женился. В этот раз его избранницей стала Франциска Бертрам (Franciska Bertram) – дочь мюнхенского бизнесмена, с которой за год до этого физик познакомился на вечеринке в Цюрихе. Окружающие утверждали, что брак этот не был заключен по любви, но все отмечали благотворное влияние Франки на мужа. И, несмотря на предшествовавший свадьбе нелегкий опыт развода, со второй супругой Вольфганг Паули счастливо прожил до конца своих дней.

От него доставалось не только студентам, но и маститым ученым. Правда, «совести физики» прощались даже самые эксцентричные выходки. Этот человек мог приехать в Геттингенский университет, не посетить и не прочитать ни одной лекции, а оставить на столе директора, одного из создателей квантовой механики Макса Борна, записку: «Был в Геттингене. Пирожные и пиво превосходные. Физика, как всегда, никуда не годится». 

Даже на торжественную церемонию в Стокгольмскую ратушу Вольфганг Паули не явился. Неизвестно, что послужило тому причиной, но факт остается фактом: премию получал за него представитель посольства. А что до «великого и ужасного» Паули… Ничего удивительного: он просто в очередной раз пренебрег общественным мнением, до которого ему никогда не было дела.