Избранные научные труды
Шрифт:
Теория относительности уже в руках Эйнштейна достигла высокой степени совершенства как в своих принципах, так и в приложениях, тогда как в квантовой теории положение было совсем иным. Далёкое от того, чтобы дать общую картину явлений в атомных масштабах, великое открытие Планком кванта действия представляло собой попытку включения совершенно новых элементов понятий в последовательное описание физических процессов. Как известно, путь к этой цели, усеянный многими препятствиями, был проложен лишь постепенно совместным трудом целого поколения физиков.
Окончив школу в Вене,
В те годы всеобъемлющие методы квантовой физики ещё не были созданы, и интерпретация экспериментальных данных основывалась главным образом на принципе соответствия, в котором выражена попытка сохранения классического описания до предельной степени, совместимой с индивидуальностью атомных процессов. Такая эмпирическая процедура позволила более или менее последовательно использовать спектральные данные для того, чтобы получить картину связывания электронов в атомах и, в частности, найти первый подход к интерпретации взаимоотношений между физическими и химическими свойствами элементов.
Я живо вспоминаю дискуссии с Паули, в которых он выражал свою неудовлетворённость слабостью аргументации, на которой основывалась попытка объяснить особую стабильность замкнутых электронных оболочек, имеющую столь фундаментальное значение для объяснения периодичности в свойствах элементов, расположенных в соответствии с зарядом их ядер. Обоснованность его замечаний самым поразительным образом была доказана неустанными работами Паули в последующие годы, завершившимися открытием принципа запрета, выражающего фундаментальное свойство систем тождественных частиц, для которого, как и для самого кванта действия, классическая физика не имеет аналога.
Изобретательность, с которой Паули использовал в те годы соображения принципа соответствия в пределах их применимости, иллюстрируется проведённым им изящным анализом комптоновского рассеяния излучения на свободных электронах. Исходя из общих статистических соображений Эйнштейна об обмене энергий и импульсом в радиационных процессах, Паули доказал, что вероятность рассеяния зависит от интенсивности обеих компонент излучения, участвующих в процессе. Метод, применённый в этой работе, в действительности находится в очень близкой связи с общей теорией дисперсии, сформулированной Крамерсом, которая оказалась весьма существенной для дальнейших больших открытий.
Для Паули, с его отвращением ко всякого рода неясностям в физических теориях, огромным облегчением было развитие рациональной квантовой механики, исключающей всякое
1 Т.е. статистику Ферми—Дирака. — Прим. ред.
Вся научная подготовка Паули неизбежно привела к тому, что он глубоко заинтересовался проблемой приведения основ квантовой физики в соответствие с требованиями теории относительности. С самого начала он не только принял выдающееся участие в формулировании квантовой теории электромагнитных полей, но и содействовал своими трудами по релятивистской теории электрона полному выяснению её смысла. Деятельный интерес Паули в значительной степени стимулировал разрешение кажущихся парадоксов, которые выявились в ходе последовавшей дискуссии по вопросу об измеримости компонент поля и электрических зарядов.
В последующие годы Паули проявляет ещё более глубокий интерес к проблемам теории элементарных частиц и квантованных полей, соответствующих этим частицам. На ранней стадии он внёс фундаментальный вклад в развитие этой теории, выдвинув гипотезу нейтрино, которая обеспечила выполнение законов сохранения при -распаде атомных ядер. В этой связи интересно также напомнить, что в 1926 г. Паули первый обратил внимание на то, что сверхтонкая структура спектральных линий служит источником информации о спинах ядер и их электромагнитных моментах.
В этой книге, посвящённой памяти Паули, специалисты в различных областях рассказывают о его разносторонних фундаментальных работах и о влиянии их на последующее развитие физики. Говоря о большом жизненном пути Паули, важно помнить, что он воодушевлял не только многочисленных учеников, собиравшихся вокруг него сначала в Гамбурге, а потом в Цюрихе, где он работал последние 30 лет своей жизни, исключая военные годы, проведённые в Принстоне. Благодаря его участию в научных конференциях и обширной переписке с коллегами и друзьями влияние Паули распространялось на значительно более широкие круги.
Действительно, все с нетерпением хотели узнать мнение Паули о новых открытиях и идеях, всегда выражавшееся убедительно и с юмором, а также его симпатии и антипатии к открывающимся перспективам. Мы всегда извлекали пользу из замечаний Паули, даже когда временно были с ним не согласны; если он чувствовал необходимость изменить свои взгляды, он признавал это весьма откровенно, а если новые идеи встречали его одобрение, то в этом мы чувствовали большую поддержку. Анекдоты о его личности вырастали в настоящую легенду, и он всё более и более становился самой совестью сообщества физиков-теоретиков.