沃爾夫岡·泡利（Wolfgang E.Pauli，1900.4.25-1958.12.15），1900年4月25日生于奧地利維也納，畢業(yè)于慕尼黑大學(xué)，1958年12月15日，在蘇黎世逝世，享年58歲。美籍奧地利科學(xué)家、物理學(xué)家。

父親是維也納大學(xué)的物理化學(xué)教授，教父是奧地利的物理學(xué)家兼哲學(xué)家。

人物生平

1900年4月25日生于奧地利維也納一位醫學(xué)博士的家庭里，從童年時(shí)代就受到科學(xué)的熏陶，在中學(xué)時(shí)就自修物理學(xué)。

1918年中學(xué)畢業(yè)后，泡利帶著(zhù)父親的介紹信，到慕尼黑大學(xué)訪(fǎng)問(wèn)著(zhù)名物理學(xué)家索末菲（A.Sommerfeld）,要求不上大學(xué)而直接做索末菲的研究生，索末菲當時(shí)沒(méi)有拒絕，卻難免不放心，但不久就發(fā)現泡利的才華，于是泡利就成為慕尼黑大學(xué)最年輕的研究生。

1918年，18歲的泡利初露鋒芒，他發(fā)表了第一篇論文，是關(guān)于引力場(chǎng)中能量分量的問(wèn)題。

1919年，泡利在兩篇論文中指出韋耳（H.Wegl）引力理論的一個(gè)錯誤,并以批判的角度評論韋耳的理論。其立論之明確，思考之成熟，令人很難相信這出自一個(gè)不滿(mǎn)20歲的青年之手。

1921年，泡利以一篇氫分子模型的論文獲得博士學(xué)位。同年，他為德國的《數學(xué)科學(xué)百科全書(shū)》寫(xiě)了一篇長(cháng)達237頁(yè)的關(guān)于狹義和廣義相對論的詞條，該文到今天仍然是該領(lǐng)域的經(jīng)典文獻之一，愛(ài)因斯坦曾經(jīng)評價(jià)說(shuō)：“任何該領(lǐng)域的專(zhuān)家都不會(huì )相信，該文出自一個(gè)僅21歲的青年人之手，作者在文中顯示出來(lái)的對這個(gè)領(lǐng)域的理解力、熟練的數學(xué)推導能力、對物理深刻的洞察力、使問(wèn)題明晰的能力、系統的表述、對語(yǔ)言的把握、對該問(wèn)題的完整處理、和對其評價(jià)，使任何一個(gè)人都會(huì )感到羨慕?！?/p>

1922年，泡利在哥廷根大學(xué)任玻恩（Max Born）的助教，和玻恩就天體攝動(dòng)理論在原子物理中的運用聯(lián)名發(fā)表論文。玻恩邀請丹麥著(zhù)名物理學(xué)家尼爾斯.玻爾到格丁根講學(xué)，在談?wù)撝?，玻爾了解到泡利的才華，和他廣泛交談，從此開(kāi)始了他們之間的長(cháng)期合作。當年秋，泡利就到了哥本哈根大學(xué)理論物理研究所從事研究工作。在哥本哈根，泡利先是與克拉默斯（H.A.Kramers）共同研究了譜帶理論，然后專(zhuān)注于反常的塞曼效應，泡利根據朗德（Lande）的研究成果，提出了朗德因子。

1923—1928年，泡利在漢堡大學(xué)任講師。

1925年1月，泡利提出了他一生中發(fā)現的最重要的原理——泡利不相容原理，為原子物理的發(fā)展奠定了重要基礎。

1928年到瑞士蘇黎世的聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)任理論物理學(xué)教授。

1935年，為躲避法西斯，移居到美國。

1940年，受聘為普林斯頓高級研究所理論物理學(xué)訪(fǎng)問(wèn)教授。

1945年，瑞典皇家科學(xué)院授予泡利諾貝爾物理學(xué)獎，以表彰他之前發(fā)現的不相容原理。

1946年，泡利重返蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院。

1958年12月15日，泡利在蘇黎世逝世，享年58歲。

科學(xué)成就

泡利矩陣

1927年他引入了2×2泡利矩陣作為自旋操作符號的基礎，由此解決了非相對論自旋的理論。泡利的結果引發(fā)了保羅·狄拉克發(fā)現描述相對論電子的狄拉克方程式。雖然狄拉克說(shuō)，他發(fā)明的這些相同的矩陣是通過(guò)自己獨立思考，并沒(méi)有受到泡利的影響。

狄拉克在結合狹義相對論與量子力學(xué)的過(guò)程中，發(fā)明類(lèi)似的，但更大的（4×4）旋轉矩陣，用以解釋費米子的自旋。

泡利原理

泡利最重要的成就是泡利原理

泡利不相容原理（Pauli’s exclusion principle又稱(chēng)泡利原理、不相容原理）：在原子的同一軌道中不能容納運動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子。一個(gè)原子中不可能有電子層、電子亞層、電子云伸展方向和自旋方向完全相同的兩個(gè)電子。如氦原子的兩個(gè)電子，都在第一層（K層），電子云形狀是球形對稱(chēng)、只有一種完全相同伸展的方向，自旋方向必然相反。每一軌道中只能容納自旋相反的兩個(gè)電子，每個(gè)電子層中可能容納軌道數是n個(gè)，因此每層最多容納電子數是2n個(gè)。

β衰變

1930年，泡利考慮了β衰變中能量不守恒的問(wèn)題。12月4日，在一封給莉澤·邁特納的信中，泡利向邁特納等人提出了一個(gè)當時(shí)尚未觀(guān)測到過(guò)的、電中性的、質(zhì)量不大于質(zhì)子質(zhì)量1%的假想粒子來(lái)解釋β衰變的連續光譜。1934年，恩里科·費米將這個(gè)粒子加入他的衰變理論并稱(chēng)之為中微子。首次證實(shí)中微子存在性的是1956年Frederick Reines和克萊德考恩的實(shí)驗，兩年半之后泡利去世。在接到消息后，他回了一封電報：“感謝您的消息，對于懂得等待的人，一切終將了然。泡利?！?/p>

個(gè)人履歷

命運給了泡利良好的生活、學(xué)習環(huán)境，他也自我證明了自己并未被命運寵壞。

上中學(xué)時(shí)，泡利就對當時(shí)鮮為人知的愛(ài)因斯坦的廣義相對論產(chǎn)生了濃厚的興趣，經(jīng)常埋首研讀。1918年中學(xué)畢業(yè)后就成為慕尼黑大學(xué)蘇末菲教授的研究生。他的物理老師——著(zhù)名的索末菲教授請他為德國正準備出版的百科全書(shū)寫(xiě)一篇關(guān)于相對論的文章，泡利居然完成了一部250頁(yè)的專(zhuān)題論著(zhù)，使教授大為驚訝。1921年，泡利獲慕尼黑大學(xué)博士學(xué)位。后來(lái)，愛(ài)因斯坦看過(guò)泡利的論著(zhù)后說(shuō)：“任何一個(gè)人看到這樣成熟和富于想象力的著(zhù)作，都不能相信作者只是個(gè)21歲的學(xué)生?！迸堇趯W(xué)生時(shí)代就已展露了不同凡響的科學(xué)才華，引起了一些著(zhù)名物理學(xué)家的注意。

大學(xué)畢業(yè)后，泡利先后給馬克斯·玻恩和尼爾斯·玻爾當助手。這兩位當時(shí)站在世界物理學(xué)前沿，而后又都獲得諾貝爾獎的科學(xué)家后來(lái)說(shuō)到泡利時(shí)，都對他那尋根究底追本溯源一絲不茍的鉆研精神和他那閃現靈敏的思想火花記憶猶新。泡利總是有與眾不同的見(jiàn)解而且絕不輕易為別人說(shuō)服，他好爭論但絕不唯我獨尊。當他驗證了一個(gè)學(xué)術(shù)觀(guān)點(diǎn)并得出正確結論后，不管這個(gè)觀(guān)點(diǎn)是他自己的還是別人的，他都興奮異常，如獲至寶，而把爭論時(shí)的面紅耳赤忘得一干二凈。正是他這種遠世俗重真理的科學(xué)態(tài)度，贏(yíng)得了索末菲、玻恩和玻爾的厚愛(ài)。他也從這些名師那里學(xué)到了富有教益的思維方法和實(shí)驗技巧，為他后來(lái)的科研攀登打下了堅實(shí)的基礎，終于以發(fā)現量子的不相容原理而邁入世界著(zhù)名物理學(xué)家的行列。

1925年春，從漢堡大學(xué)傳出一個(gè)令世界物理學(xué)界矚目的消息：一個(gè)新的物理學(xué)原理——不相容原理誕生了。它的提出者正是當時(shí)在這個(gè)大學(xué)任教的、尚名不見(jiàn)經(jīng)傳的年輕學(xué)者——25歲的泡利。

泡利的不相容原理可以這樣表述：一個(gè)原子中，任何兩個(gè)軌道電子的4個(gè)量子數不能完全相同。

不相容原理并沒(méi)有立刻呈現出它的價(jià)值，可是泡利的才華卻因此而得到社會(huì )的承認。1928年，他被任命為蘇黎世聯(lián)邦工學(xué)院教授；1935年，他應邀前往美國講學(xué)。1940年在美國普林斯頓高級研究所工作。此間，他還以科學(xué)的預見(jiàn)預言了中微子的存在，獲得普朗克獎?wù)?。直到泡利提出不相容理?0年后的1945年，這個(gè)理論的正確性和它產(chǎn)生的廣泛深遠的影響才得以確認。不相容原理被稱(chēng)為量子力學(xué)的主要支柱之一，是自然界的基本定律，它使得當時(shí)所知的許多有關(guān)原子結構的知識變得條理化。人們可以利用泡利引入的第四個(gè)、表示電子自旋的量子數，把各種元素的電子按殼層和支殼層排列起來(lái)，并根據元素性質(zhì)主要取決于最外層的電子數（價(jià)電子數）這一理論，對門(mén)捷列夫元素周期律給以科學(xué)的解釋。

他把一生投入了科學(xué)研究，34歲才結婚。

1945年，泡利因他在1925年即25歲時(shí)發(fā)現的“不相容原理”，獲諾貝爾物理學(xué)獎。

1958年，不幸病逝。

泡利于1946年加入美國國籍，是美國科學(xué)發(fā)展協(xié)會(huì )的創(chuàng )始人之一。

泡利的主要成就是在量子力學(xué)、量子場(chǎng)論和基本粒子理論方面，特別是泡利不相容原理的建立和β衰變中的中微子假說(shuō)等，對理論物理學(xué)的發(fā)展做出了重要貢獻。

逸聞趣事

天才的教父

泡利出生于維也納一個(gè)研究膠體化學(xué)的教授的家中，他的教父是著(zhù)名的馬赫先生。馬赫先生被愛(ài)因斯坦稱(chēng)為相對論的先驅——雖然馬赫先生并不給愛(ài)因斯坦這個(gè)面子，聲稱(chēng)他對于相對論的相信程度，像他對分子論的相信程度一樣。而眾所周知，馬赫先生極其反對分子論，而這種反對是使那個(gè)統計物理的天才波爾茲曼最終絕望而自殺的原因之一。

泡利與實(shí)驗（泡利效應）

泡利大概天生不適合作實(shí)驗。據說(shuō)他出現在哪里，哪里的實(shí)驗室儀器就會(huì )有故障。有次，實(shí)驗物理學(xué)家弗蘭克(J.Frank-1925年諾貝爾物理學(xué)獎得主，Franck-Hertz實(shí)驗中的那位弗蘭克)位于哥廷根大學(xué)的實(shí)驗室儀器突然失靈。于是弗蘭克寫(xiě)信給泡利，很欣慰地告訴他說(shuō)你總算無(wú)辜了一回。后來(lái)過(guò)了不久，泡利回信很誠實(shí)地“自首”說(shuō)自己雖不在第一現場(chǎng)，但事發(fā)當時(shí)自己乘坐的從蘇黎世到哥本哈根的火車(chē)卻恰好在哥廷根的站臺上停留了一會(huì )兒！據說(shuō)弗蘭克在總結這次實(shí)驗失敗的原因時(shí)，一本正經(jīng)地在其中加了一個(gè)備注——‘泡利經(jīng)過(guò)此地’。

卓越的貢獻

少數年輕人大約以為這個(gè)物理學(xué)的王子的名字只是與不相容原理聯(lián)系在一起，甚至他們以為這個(gè)原理只是量子力學(xué)的一個(gè)推論。實(shí)際上，這個(gè)原理的提出是在1925年，甚至早于海森堡提出量子力學(xué)。泡利是用他天才的洞察力從浩如煙海的光譜數據中得出的不相容原理，其難度甚至遠大過(guò)開(kāi)普勒整理行星軌道的數據。泡利的貢獻遍及當時(shí)物理學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，他參與了量子力學(xué)的基礎建設，量子場(chǎng)論的基礎建設，相對論……在物理學(xué)領(lǐng)域，泡利似乎是一個(gè)征服者而不是一個(gè)殖民者，他大量的工作沒(méi)有發(fā)表，而是遺留在私人信件里。在今天能查到的信件中，我們發(fā)現大量這樣的例子，他的關(guān)于矩陣力學(xué)和波動(dòng)力學(xué)的等價(jià)性證明是寫(xiě)在給若爾當的信件里，測不準原理首先出現在他給海森堡的信件里，狄拉克的泊松括號量子化被Hendrik Kramers獨立發(fā)現，而他指出，泡利早就指出了這種對易關(guān)系的表示方法?；蛟S有些天才的生命是注定短暫的，泡利生于1900年，于1958年去世，僅比他心中的帝王（愛(ài)因斯坦1879-1955）晚去世3年，他唯一的遺憾就是一生中覺(jué)得沒(méi)有做出像他的king一樣偉大的工作。

銳利的眼光

作為一個(gè)物理學(xué)家，泡利眼光是相當銳利的。比如費曼說(shuō)的那個(gè)故事，泡利預言惠勒永遠做不出那個(gè)什么超前推遲勢的量子力學(xué)推廣(果然他沒(méi)作出)，費曼事后著(zhù)實(shí)被泡利的眼光震驚了。

泡利年輕的時(shí)候大概是他最牛的時(shí)候，他和海森堡認識的時(shí)候，雖然不一樣大，但是海森堡對他當真是言聽(tīng)計從，看來(lái)十分崇拜。海森堡剛開(kāi)始想做相對論方向的工作，泡利作為已經(jīng)在相對論方面已經(jīng)算是一個(gè)小專(zhuān)家的人物，他告訴海森堡，他覺(jué)得相對論方面近期的進(jìn)展是沒(méi)有希望的了，但在原子物理方面機會(huì )卻是大大的。要是海森堡去做相對論，就不是現在的樣子了。

獨特的個(gè)性

泡利以嚴謹博學(xué)而著(zhù)稱(chēng)，也以尖刻和愛(ài)挑刺而聞名。

1、泡利在二十歲時(shí)，有一次前去聆聽(tīng)愛(ài)因斯坦的演講，坐在最后一排座位，他向愛(ài)因斯坦提出了一些問(wèn)題，其火力之猛，連愛(ài)因斯坦都招架不住。據說(shuō)此后愛(ài)因斯坦演講時(shí)，眼光都要特別掃過(guò)最后一排，查驗有無(wú)熟悉的身影出現。

另外還傳聞，愛(ài)因斯坦在一次國際會(huì )議上做報告，結束后泡利站起來(lái)說(shuō)：“我覺(jué)得愛(ài)因斯坦并不完全是愚蠢的?！?/p>

2、一次，在聽(tīng)了意大利物理學(xué)家塞格雷（后來(lái)發(fā)現反質(zhì)子）的報告之后，泡利說(shuō)：“我從來(lái)沒(méi)有聽(tīng)過(guò)像你這么糟糕的報告?！比窭滓谎晕窗l(fā)。泡利想了一想，回身對同行的瑞士物理化學(xué)家布瑞斯徹說(shuō)：“如果你來(lái)做報告，情況會(huì )更加糟糕。當然，你上次在蘇黎世的開(kāi)幕式報告除外?！?/p>

3、一次，泡利想去某地，但不知該怎么走，一位同事告訴了他。后來(lái)那位同事問(wèn)他找到?jīng)]有，他說(shuō)：“不談物理學(xué)的時(shí)候，你的思路應該說(shuō)是清楚的?！?/p>

4、他曾經(jīng)批評學(xué)生的論文，“連錯誤都算不上?！彼麑σ黄恼伦詈玫脑u價(jià)就是：“這章幾乎沒(méi)有錯?！盞ronig最早提出電子自旋的概念，可是拿著(zhù)論文去找泡利，被罵了一頓，因為泡利指出計算不符合相對論。于是他們沒(méi)敢發(fā)這篇文章，悲慘啊。

5、泡利被玻爾稱(chēng)為“物理學(xué)的良知”，因為他的敏銳、謹慎和挑剔，使他具有一眼就能發(fā)現錯誤的能力。物理學(xué)界笑談存在一種“泡利效應”──泡利出現在哪里，那里的人不管是在做理論推導還是實(shí)驗操作都會(huì )出岔子。

6、以放蕩不羈著(zhù)名的物理學(xué)家費曼對別人的意見(jiàn)常常擺出一副“你管別人怎么說(shuō)的”神氣，但當有人提起泡利對當代物理學(xué)家的批判時(shí)，費曼卻迫不及待想知道泡利對他做了何種評判，結果泡利仍然是不脫一貫的尖刻，說(shuō)“費曼那家伙，講起話(huà)來(lái)簡(jiǎn)直就像是紐約的黑社會(huì )人物”。費曼聽(tīng)了也只能哈哈大笑。

7、泡利說(shuō)：“哦，這竟然沒(méi)什么錯?！边@通常表示一種高度贊許。

有人編了一個(gè)笑話(huà)：泡利死后去見(jiàn)上帝，上帝把自己對世界的設計方案給他看，泡利看完后聳聳肩，說(shuō)道：“你本來(lái)可以做得更好些……”

這個(gè)笑話(huà)的另一版本是：泡利死后，來(lái)到天堂見(jiàn)到上帝。上帝把他關(guān)于宇宙的設計給泡利看。泡利看了半天，撓了撓頭，說(shuō)：“居然找不到什么錯?！?/p>

最后補充一點(diǎn)，泡利雖然為人刻薄，語(yǔ)言尖銳，但這并不影響他在同時(shí)代物理學(xué)家心目中的地位。在那個(gè)天才輩出，群雄并起的物理學(xué)史上最輝煌的年代，英年早逝的泡利仍然是夜空中最耀眼的幾顆巨星之一，以致在他死后很久，當物理學(xué)界又有新的進(jìn)展時(shí)，人們還常常想起他：“不知道如果泡利還活著(zhù)的話(huà)，對此又有什么高見(jiàn)?！?/p>

泡利和愛(ài)因斯坦

對于所有熱愛(ài)科學(xué)的人來(lái)說(shuō)，愛(ài)因斯坦在上一世紀簡(jiǎn)直就是上帝。波恩曾經(jīng)認為，泡利也許是比愛(ài)因斯坦還牛的科學(xué)家，不過(guò)他又補充說(shuō)，泡利完全是另一類(lèi)人，“在我看來(lái)，他不可能像愛(ài)因斯坦一樣偉大?！?/p>

那么泡利是怎么看愛(ài)因斯坦的呢？在1945年，泡利終于拿到了那個(gè)他覺(jué)得自己20年前就應該拿到的諾貝爾獎后，普林斯頓高等研究院為泡利開(kāi)了慶祝會(huì )，愛(ài)因斯坦為此在會(huì )上演講表示祝賀。泡利后來(lái)寫(xiě)信給波恩回憶這一段，說(shuō)“當時(shí)的情景就像物理學(xué)的王傳位于他的繼承者?！迸堇故且稽c(diǎn)都不客氣，認為自己就是繼承者了。

天才的遺憾

泡利一生最遺憾的是，他是那個(gè)時(shí)代公認最聰明的物理學(xué)家，卻沒(méi)有做一個(gè)劃時(shí)代的發(fā)現。

他一生喜歡評論別人的東西，經(jīng)常是一針見(jiàn)血，不過(guò)很可惜，他一生反對錯了最重要的兩件事情，一個(gè)電子自旋，?一個(gè)宇稱(chēng)不守恒?？赡芤粋€(gè)人過(guò)于敏銳了，對于一些違反常規的想法有一種本能的抵制。