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Pauli, Wolfgang Ernst#

* 25. 4. 1900, Wien

† 15. 12. 1958, Zürich


Physiker
Nobelpreis für Physik 1945
für die Entdeckung des nach ihm benannten Prinzips der Quantentheorie


Wolfgang Pauli
Wolfgang Pauli. Foto
© Bildarchiv der ÖNB, Wien, für AEIOU

Wolfgang Ernst Friedrich Pauli wurde am 25. April 1900 in Wien geboren.

Sein Vater Wolf Pascheles, ein Universitätsprofessor, stammte aus einer renommierten jüdischen Prager Verlegerfamilie, war aber nach Wien übersiedelt und aus beruflichen Gründen zum katholischen Glauben konvertiert.

Mit zweitem Vornamen wurde Pauli nach seinem Patenonkel benannt, dem Physiker Ernst Mach. Nach der Grundschule besuchte er ab 1910 das Humanistische Gymnasium in Wien-Döbling.

Bereits auf dem Gymnasium in Wien galt Pauli als mathematisches Wunderkind. 1918 veröffentlichte er gleich nach der Matura seine erste Arbeit. Ab 1919 studierte er Physik in München, wo er in kürzest möglicher Zeit bereits 1921 summa cum laude promoviert wurde.

Seine Dissertation (1921) führte zu der Erkenntnis, dass die zu diesem Zeitpunkt gültige Form der Quantentheorie nicht korrekt war. 1922/23 ging er nach Kopenhagen, 1923 bis 1928 war er Professor in Hamburg, bevor er an die ETH in Zürich ging. In Zusammenarbeit mit W. Heisenberg, M. Born und N. Bohr wurde die Matrizenmechanik entwickelt, die Pauli 1926 bei der Berechnung des Wasserstoffspektrums anwendete. 1924 entdeckte er das Ausschließungsprinzip (Pauli-Prinzip), wofür er 1945 den Nobelpreis für Physik erhielt.

Ab 1935 arbeitete er in den USA, wo er u. a. 1935/36 am Institute for Advanced Study in Princeton forschte und ab 1940 Professor wurde. 1946 wurde er amerikanischer Staatsbürger, ging aber noch im selben Jahr zurück an die ETH in Zürich, die ihm seine Professorenstelle noch freigehalten hatte. 1949 wurde er Schweizer Staatsbürger. Wolfgang Pauli war an der Gründung des CERN beteiligt.

1931 löste er das Problem des Betazerfalls durch die theoretische Vorhersage des Neutrinos, dessen Existenz erst 1956 experimentell bestätigt wurde. Ab 1953 führte Pauli mit W. Heisenberg eine viel beachtete Diskussion über dessen einheitliche Theorie der Materie ("Weltformel").

Wolfgang Pauli starb 1958 überraschend in Zürich.

Text aus dem Buch "Österreichs Nobelpreisträger"#

Wolfgang Pauli, geboren am 25. April 1900 in Wien, war der Sohn des damaligen Privatdozenten an der Wiener Universität Dr. med. Wolfgang Josef Pauli und dessen Gattin Bertha, geb. Schütz. Wolfgang Pauli senior erhielt, nachdem er schon 1907 außerordentlicher Professor geworden war, 1913 einen Lehrauftrag für physiologisch chemische Biologie und besetzte damit die erste Lehrkanzel dieser Art. 1922 wurde er Leiter des neuen Instituts für medizinische Kolloidchemie. Auf diesem Gebiete trat er durch mehrere bedeutende Arbeiten hervor, vor allem durch seine ,,Kolloidchemie der Eiweißkörper” (1933). Er starb 1955 in Zürich. Da also auch der Vater in der Fachwelt weithin bekannt war, nannte man den Sohn zur Unterscheidung Wolfgang Pauli junior.

Der wissenschaftliche Weg des jungen Pauli nahm in Wien seinen Anfang. Hier erwarb er sich seine ersten Kenntnisse in der klassischen Physik, die ihn sofort in ihren Bann zog. Auch mit Einsteins Relativitätstheorie neu und in ihren letzten Konsequenzen noch nicht erkennbar machte er die erste Bekanntschaft. Seine außerordentlich frühe geistige Reife trat damals schon so klar zutage, dass er, der als Sechzehnjähriger über ein mathematisches Hochschulwissen verfügte, den damals noch gar nicht vollständig vorliegenden Gedanken Einsteins nicht nur folgen konnte, sondern diese auch in ihrer Tragweite begriff und richtig einschätzte. Bei einem so außergewöhnlich frühen Hervortreten einer so bemerkenswerten wissenschaftlichen Begabung ist der einmal für ihn gebrauchte Ausdruck „Wunderkind” wohl nicht fehl am Platze.

Die Grundlage für Paulis spätere akademische Karriere wurde in München gelegt. Hier war es der bedeutende deutsche Atomphysiker Arnold Sommerfeld, dessen starke geistige Persönlichkeit ihn in ihren Bann zog. Von Sommerfeld wurde er in die Struktur des Atoms eingeführt. In seinem Nobelvortrag, den er am 13. Dezember 1946 in Stockholm nachholte, erzählt Wolfgang Pauli, wie ihm als jungem Studenten der Schock nicht erspart blieb, den jeder Physiker damals erlebte, der, an die klassische Denkweise gewöhnt, zum ersten Mal mit den Grundpostulaten der Quantentheorie konfrontiert wurde, wie sie der dänische Physiker Niels Bohr für den Aufbau des Atoms anwandte.

Das Atommodell

Die Fachwelt beschritt zwei Wege zur Annäherung an das schwierige Problem: Die eine Richtung ging von dem klassischen Atom-Modell aus, wie es insbesondere Rutherford entwickelt hatte. Sie bemühte sich, eine abstrakte Ordnung in die neuen Ideen zu bringen. Dabei wurde nach einem Schlüssel gesucht, um die klassische Mechanik und Elektrodynamik in die Quantensprache zu „übersetzen”. Diesen Weg hatte Niels Bohr eingeschlagen. Sommerfeld dagegen suchte eine direkte Interpretation, die von Vorbildern möglichst unabhängig sein sollte. Ähnlich wie einst der große Kepler für den Makrokosmos, folgte Sommerfeld einem inneren Gefühl für Harmonie. Beide Wege hatten noch nicht zu einem befriedigenden Ergebnis geführt.

Zur selben Zeit gab es in Münchner Fachkreisen lebhafte Diskussionen über einen Hinweis des schwedischen Forschers Rydberg, demzufolge die Länge der Perioden im natürlichen System der chemischen Elemente merkwürdigerweise immer das Doppelte von Quadratzahlen darstellen. In diesem von den Chemikern Mendeljew und Lothar Meyer aufgestellten System kam den einzelnen Elementen ein ganz bestimmter Platz in der Reihe zu. Dabei hatte sich herausgestellt, dass die erste Periode zwei Elemente (2 mal 1) enthielt, die nächsten zwei Perioden je acht (2 mal 4), die nächsten beiden Perioden je achtzehn (2 mal 9) und die darauf folgende Periode 32 (2 mal 16) Elemente umfasste. Eine befriedigende Erklärung und Begründung dafür, warum in der Natur gerade diese Ordnung und keine andere auftritt, wurde noch von keinem Forscher gefunden.

Was den Aufbau des Atoms betrifft, so war man durch experimentelle Beobachtungen, aber auch durch Berechnungen und theoretische Überlegungen zu der Annahme gekommen, dass die den positiv geladenen Atomkern umkreisenden negativ geladenen Elektronen eines Atoms den Kern durch ihre Umlaufbahnen wie mit Hüllen oder Schalen umschließen. Jede Schale sollte nach Bohr eine bestimmte durchschnittliche Entfernung vom Kern einhalten. Ebenso glaubte man, einem chemischen Element eine bestimmte Anzahl von Elektronen zuschreiben zu können. Von diesen wieder sollte jede Schale - man unterschied eine innerste K-Schale, eine L-Schale und eine M-Schale, wozu dann noch eine äußerste N-Schale kam - nur einer bestimmten Anzahl zugehören. Die vom Kern am weitesten entfernten Elektronenbahnen, das heißt die äußersten Schalen, treten, wie man meinte, durch Abgabe oder Anziehung von Elektronen mit anderen Atomen in Wechselwirkung. Dies sei der Weg zu neuen chemischen Verbindungen.

Wolfgang Pauli, der 1921 in München bereits das Doktorat der Philosophie erworben hatte, wohnte 1922 als Assistent in Göttingen einer Reihe von Gastvorlesungen des berühmten Niels Bohr bei. Der dänische Forscher sprach über seine letzten Erkenntnisse auf Grund theoretischer Untersuchungen des periodischen Systems der Elemente. Dieses erste Zusammentreffen mit Bohr bedeutete für Wolfgang Pauli einen neuen Abschnitt seines wissenschaftlichen Lebens. Bereits im Herbst des Jahres 1922 folgte er einer Einladung Bohrs und ging als dessen Assistent nach Kopenhagen. Zu dieser Zeit begann die lange „gemeinsame Pilgerfahrt” der beiden Gelehrten, wie sich Pauli 1955 anlässlich des siebzigsten Geburtstages von Niels Bohr ausdrückte.

Paulis Hauptarbeit in Kopenhagen bestand in dem Bemühen um eine Erklärung des so genannten Zeeman-Effekts. Dieser stellt eine von der normalen Erscheinung abweichende Spaltung gewisser Spektrallinien dar, die von einem Atom in einem Magnetfeld ausgesendet werden. Der Grund für diesen „anormalen” Effekt konnte aber damals von Pauli zunächst nicht befriedigend angegeben werden. Es fehlte ein allgemeiner Schlüssel, um ein gegebenes mechanisches Vorbild in die Quantentheorie zu übersetzen. Man kannte auch kein klassisches Modell, mit dem man diese seltsame Erscheinung hätte erklären können.

Trotzdem waren Paulis Kopenhagener Arbeiten von großer Wichtigkeit für die spätere Auffindung des nach ihm benannten Prinzips. Die bereits in Kopenhagen angestellten tiefgründigen Überlegungen waren erste Schritte zu seiner so erfolgreichen Analyse der experimentellen und theoretischen Kenntnisse der Atomphysik seiner Zeit.

Nach seiner Rückkehr nach Deutschland im Jahre 1923 hielt er in Hamburg seine Antrittsvorlesung als Privatdozent über „Das periodische System der Elemente”. Pauli legte darin seine durch Niels Bohr angeregten Ansichten dar. Wegen der noch offenen, ungeklärten Fragen war er aber, wie er selbst berichtet, von seinem eigenen Vortrag nicht sehr befriedigt. So stürzte er sich mit vermehrtem Eifer auf die gedankliche Durchdringung des gesamten Fragenkomplexes. Pauli war davon überzeugt, dass zwischen den Elektronenschalen und den Spektren enge wechselseitige Beziehungen bestehen müssten. Wesen und Umstände dieser Beziehungen aber hatte man noch nicht erkannt.

Der Physikpreis des Jahres 1945 wurde dem Professor für theoretische Physik an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich, Wolfgang Pauli, verliehen. Da der Ausgezeichnete damals als Gastprofessor am Institute for Advanced Studies in Princeton, New Jersey, in den Vereinigten Staaten wirkte, konnte er nicht an der feierlichen Überreichung des Nobelpreises in Stockholm teilnehmen. Das Nobelkomitee hatte ihm den Preis am 15. November "für die Entdeckung des als Pauli Prinzip bezeichneten Ausschlussprinzips" zuerkannt.

Das Pauli’sche Prinzip erklärt das Periodensystem

Im Herbst des darauf folgenden Jahres geriet der erst vierundzwanzigjährige Hamburger Dozent bei seinem Versuch, eine befriedigende Erklärung des genannten Problems zu finden, in Widerspruch zu seinem Lehrer Bohr. Dieser hatte eine von ihm angenommene Eigenart des Atomkerns für die abweichende Erscheinung der Spektrallinien verantwortlich gemacht. Pauli hingegen gelangte durch seine Überlegungen und Untersuchungen zu seiner kühnen Annahme einer neuen, noch nicht bekannten Eigenschaft der Elektronen. Er nannte diese Eigenschaft „eine Zweiwerteinheit, die klassisch nicht zu beschreiben ist”. Eine anschauliche Vorstellung dieser neuen von ihm geforderten Eigenschaft eines Elektrons ließ sich zunächst noch nicht mit dem theoretisch-mathematischen Ergebnis verbinden. Immerhin war es ihm bereits klar, dass es die Annahme von zwei möglichen Werten erforderte.

Bisher hatte man zur Bestimmung des Zustandes eines Elektrons in einer Elektronenschale drei Quantenzahlen verwendet. Da alle Elektronen im Atomverband dieselbe Ladung und dieselbe Masse haben, ergab sich ein individueller Unterschied zunächst nur aus den Bahnen, die sie um den Kern beschreiben. Die Größe, das heißt der Umfang der Bahn wurde durch die erste Quantenzahl bestimmt, die zweite bedeutete den so genannten Drehimpuls der Umlaufbahn. Die Bewegung des Elektrons um den Kern fasste man als Drehung auf. Als Grundlage der dritten Quantenzahl nahm man die „erlaubten” (das heißt ausschließlich möglichen) Richtungen der Elektronenbahnen an, die sich durch die Ausrichtung auf die Achse des magnetischen Feldes, in dem sich das Atom befindet, ergeben. Da aber aus den bisher bekannten Quantenzahlen eine befriedigende Erklärung der festgestellten abweichenden Spektralerscheinungen nicht zu gewinnen war, forderte Pauli seine theoretisch als notwendig erkannte vierte Eigenschaft als Grundlage für eine vierte Quantenzahl.

Im Frühjahr 1925 veröffentlichte Pauli in der Zeitschrift für Physik die allgemeine Formulierung des als Ausschlussprinzip in die Geschichte der Atomphysik eingegangenen Gesetzes, ohne welches die Erkenntnisse der heutigen Physik der atomaren Welt undenkbar wären. Sein Prinzip besagt im wesentlichen, dass eine Energiestufe bereits „geschlossen” ist, wenn sie von einem einzigen Elektron besetzt ist. In jedem Energiezustand, wenn dieser vollständig und restlos durch vier Quantenzahlen beschrieben ist, kann nicht mehr als ein Elektron sein. Das heißt, in einem Atom können überhaupt nicht zwei oder mehrere Elektronen vorhanden sein, die sich in genau dem gleichen Bewegungszustand befinden. Zustände, die dieser Forderung widersprechen, sind ausgeschlossen!

Da es bisher nur drei Quantenzahlen gegeben hatte, so fragte sich die nach Anschaulichkeit suchende Fachwelt, was denn diese neue vierte Quantenzahl tatsächlich bedeuten könne. Da gelangten zur rechten Zeit, nämlich ebenfalls im Jahre 1925, die beiden Physiker Goudsmit und Uhlenbeck zu der Annahme einer Eigendrehung des Elektrons um eine Achse, die durch seinen Mittelpunkt geht. Interessanterweise waren die beiden Forscher durch einen Vorschlag von Pauli selbst aus dem Jahre 1924 zu ihrer Behauptung der als Elektronen-Spin bezeichneten Rotation des Elektrons um seine eigene Achse angeregt worden. Pauli hatte damals vorgeschlagen für den Atomkern einen solchen Spin - den Kern-Spin - anzunehmen, was zunächst auf vielfache Ablehnung gestoßen war.

Merkwürdigerweise hat Pauli seinerseits zuerst den Elektronen-Spin angezweifelt, weil ihm die Begründung, wie er schreibt, so „klassisch mechanisch” erschien. Er bekehrte sich jedoch dann später ebenfalls zur Annahme des Spins. Sein anfänglicher Zweifel hatte insofern eine gewisse Berechtigung, da der Elektronen-Spin nicht durch klassisch beschreibbare Experimente gemessen werden kann. Später erwies sich die Behauptung Paulis als richtig, dass dieser Spin eines Elektrons nur zwei Werte annehmen kann, das heißt die Rotation des Elektrons kann nur entweder in einer bestimmten Richtung erfolgen oder in der genau entgegengesetzten. Die Annahme eines halbzähligen Spins für das Elektron ermöglichte es, den anormalen Zeeman-Effekt zu verstehen. Seither ist Paulis Ausschlussprinzip eng mit der Idee des Spins verbunden.

Die Tragweite des Pauli’schen Prinzips wurde anfänglich durchaus noch nicht richtig eingeschätzt. Mit der schrittweisen Aufhellung des Dunkels, das all die komplizierten Vorgänge im Atom verhüllte, fand auch seine außerordentliche Bedeutung zunehmende Anerkennung. Dies wurde vor allem im Zusammenhang mit den besonders von De Broglie, Schrödinger und Heisenberg sowie von Dirac entwickelten Gedanken und Theorien möglich. Erst die Wellen- und die Quantenmechanik gestatteten die entsprechenden sicher fundierten, mathematisch-theoretischen Einblicke in die Atomstruktur, die die Wichtigkeit des Pauli’schen Prinzips klar erkennen ließen.

Es erwies sich mehr und mehr als hochbedeutsame geistige Leistung, sobald man es als unerlässliches Komplement zu den vielseitigen Aspekten der Quantentheorie erkannte. Wenn in den Feststellungen der Quantenmechanik die tatsächliche experimentelle Beobachtung außerhalb der Reichweite einer klassisch-physikalischen Beschreibung steht, so trifft dies auch für die durch Paulis Prinzip erfassten Vorgänge zu. Auch diese entziehen sich der exakten Anschaulichkeit, können durch Worte immer nur mehr oder weniger annähernd beschrieben werden und sind nur durch mathematische Symbole und Gleichungen voll erfassbar und verständlich.

Gerade aber diese Tatsache macht sie wie alle Erkenntnisse der Quantenlehre für den Nichtfachmann so schwer zugänglich. Die enge Verbindung zwischen Physik und Chemie in der modernen naturwissenschaftlichen Forschung trat eindeutig zutage, als die Brauchbarkeit des Pauli’schen Prinzips für die Erklärung des periodischen Systems der chemischen Elemente erkannt wurde. Zwei Elektronen konnten demnach nicht dieselben vier Quantenzahlen aufweisen.

Dies gestattete, das Rätsel des Aufbaues der Perioden zu erklären. Mit Paulis Methode konnte die Zahl der Elektronen in den Atomen berechnet, die Anzahl der Schalen und die Anzahl der Elektronen, die eine Schale bilden, bestimmt werden. Das Prinzip ergab die Berechtigung, ja die Notwendigkeit der von Rydberg seinerzeit aufgezeigten doppelten Quadratzahlen als Periodenlängen. Damit wurde das Pauli-Prinzip zur Grundlage der Theorie des periodischen Systems. Noch unentdeckte Elemente konnten so bereits durch theoretische Bestimmung der Anordnung ihrer Elektronen und Elektronen-Schalen in das System eingereiht werden.

Die Schalenstruktur und Leitfähigkeit von Metallen

In engem Zusammenhang mit der Schalenstruktur und der Elektronenanordnung steht nun auch die Leitfähigkeit der Metalle für elektrischen Strom. In den Metallen sind die Elektronen frei beweglich, das heißt, ein leichter Austausch der Elektronen, vor allem jener der äußeren Schalen von Atom zu Atom ist möglich, wodurch die Leitfähigkeit zustande kommt. In Isolatoren dagegen sind die Elektronen fest an die Moleküle gebunden, wodurch der elektrische Strom an einer Weiterleitung gehindert wird.

Pauli selbst hat durch seine Arbeiten über spezifische Wärme und elektrische Leitfähigkeit einen wichtigen Beitrag zu diesem Problemkreis geliefert. Auf ihn geht die Erkenntnis zurück, dass eine zusätzliche Wärmeenergie die elektrische Leitfähigkeit nicht mehr beeinflussen kann. Überdies ist Paulis Prinzip auch zum Verständnis der magnetischen Eigenart der Materie unerlässlich. Seine Untersuchungsergebnisse stellen eine wichtige Grundlage der heutigen Metallphysik dar.

Via Zürich in die USA

Mit achtundzwanzig Jahren wurde Wolfgang Pauli als außerordentlicher Professor für theoretische Physik an die Eidgenössische Technische Hochschule nach Zürich berufen. Dieser Hochschule, an der er 1949 Ordinarius wurde, blieb er bis zu seinem Tode treu. 1934 heiratete er in der Schweiz. Pauli, der dreißig Jahre dem Lehrkörper der Züricher Technischen Hochschule angehörte, lebte und wirkte aber nicht nur in Zürich: Von wesentlicher Bedeutung für ihn und die Atomforschung war sein mehrmaliger Aufenthalt in den Vereinigten Staaten. In den Jahren 1935-1936 arbeitete er - zugleich mit Einstein - als Gastprofessor und Mitglied am Institute for Advanced Studies in Princeton, New Jersey. Die USA waren ihm damals auch nicht mehr fremd, denn schon 1931 hatte er Gastvorlesungen an der Staatsuniversität Michigan gehalten. Die Jahre 1940 bis 1946 verbrachte er wieder in Amerika am Princeton Institut. Dazwischen hielt er Vorlesungen an der Universität von Michigan (1941) sowie an der Purdure University (1942).

Pauli, seit 1928 Mitglied der Schweizer Physikalischen Gesellschaft und seit 1930 Träger der Lorentz-Medaille, wurde in den Vereinigten Staaten sowohl in die American Physical Society als auch in die American Association for Advancement of Science als Mitglied aufgenommen. 1952 erhielt er die Franklin-Medaille. Im Jahre 1946 nahm Pauli die amerikanische Staatsbürgerschaft an. Diese Marksteine seines Lebens illustrieren die Internationalität der modernen Wissenschaft und die geringe Bedeutung staatlicher Grenzen für einen Gelehrten. Der Österreicher Wolfgang Pauli, Sohn eines österreichischen Wissenschaftlers, lebte und wirkte in Deutschland, in Dänemark, in der Schweiz, in Amerika und wird als Schweizer schließlich amerikanischer Staatsbürger.

Vertiefung der Quantentheorie

In den Jahren nach 1925, hauptsächlich aber seit er in Zürich den Lehrstuhl innehatte, entwickelte Pauli selbst weitere wissenschaftliche Theorien, die die Allgemeingültigkeit seines Prinzips immer mehr erkennen ließen. So stellte er in Ergänzung zu Schrödingers Gleichung eine eigene nicht-relativistische Wellengleichung auf, die dem Elektronen-Spin gerecht wurde. 1929 schuf er zusammen mit Heisenberg die Quanten-Feldtheorie. Mit souveräner Beherrschung des geistigen und intellektuellen Rüstzeugs wurde damit das Fundament für die Erschließung eines ungemein schwierigen Fragenkomplexes gelegt: Auf Einsteins spezieller Relativitätstheorie aufbauend, wurde diese mit der Quantentheorie vereinigt.

Pauli wandte sich dann der Untersuchung der Protonen, der Wasserstoffkerne, zu. Dabei stellte es sich heraus, dass auch diese einen halbzahligen Spin aufweisen und, genau wie ein Elektron, die Forderungen des Ausschlussprinzips erfüllen. Diese Erkenntnis war von ganz besonderer Bedeutung, ließ sie doch eine Allgemeingültigkeit des Pauli-Prinzips auch für die Atomkerne erwarten. In den zwanzig Jahren nach der ersten Veröffentlichung von Paulis Prinzip beschäftigt sich die Forschung immer mehr mit der Entschleierung der geheimnisvollen Vorgänge in und um den Atomkern. Mit jeder neuen Erkenntnis der Kernphysik gewann das Ausschlussprinzip immer noch an Bedeutung, bis die Forschungen Paulis und zahlreicher anderer Gelehrter seine Gültigkeit für den Aufbau der Materie überhaupt erwiesen. Damit wurde das Ausschlussprinzip als fundamentales Naturgesetz erkannt.

Der Nobelpreis

Nun war die Zeit für eine volle Würdigung Paulis gekommen: sie wurde dem Gelehrten mit dem Nobelpreis 1945 zuteil. Diese verhältnismäßig späte Auszeichnung, zwanzig Jahre nach der Veröffentlichung des Prinzips, erklärt sich aus der Natur der menschlichen Psyche. Theoretische und gedankliche Leistungen, zunächst ohne direkt greifbare Anschaulichkeit, setzen sich - selbst im Bewusstsein der Fachwelt - viel schwerer durch. Bezeichnend für die Schwierigkeit, einem Laien oder auch einem Nichtphysiker unter den Wissenschaftlern Paulis Leistungen am besten klar zu machen, ist der scherzhafte Ausspruch des Biochemikers Theorell auf dem Nobel-Bankett: Pauli habe eben, erklärte er, den Elektronen die Notwendigkeit gezeigt, dass jedes von ihnen auf seinem Platze bleiben müsse, um keine Verkehrsstörungen im Mikrokosmos zu verursachen.

Weitere Arbeiten Paulis

Aber auch um andere Erkenntnisse der Atomstruktur hat sich Pauli vielfach verdient gemacht: Insbesondere der sogenannte Beta-Zerfall, der darin besteht, dass bei Aufspaltung eines Atomkernes sogenannte Beta-Teilchen emittiert werden, war Gegenstand seiner Untersuchungen. Paulis Beobachtungen ergaben dabei, dass die Energie der ausgeschleuderten Teilchen bei ein und demselben Stoff nicht immer gleich sei. Diese Erscheinung versuchte Pauli schon 1933 durch die Annahme zu erklären, dass mit jedem Elektron noch ein zweites Partikelchen emittiert wird, dessen Energie die Energie des betreffenden Elektrons auf den erforderlichen Betrag ergänzt. Dieses Teilchen, das weder nennenswerte Masse noch eine elektrische Ladung besitze und das er Neutrino nannte, entstehe überhaupt erst im Augenblick des Ausstoßens aus dem Kern. Nach erfolgter Veränderung im Atom verschwinde es wieder und sei daher auch nicht nachweisbar. Der italienische, später in Amerika wirkende Physiker Fermi hat diese Hypothese dann ausgebaut und damit weitere Ergebnisse der Atomforschung ermöglicht. Im Jahre 1955 wurde das Neutrino auf der gewaltigen amerikanischen Forschungsstation in Los Alamos dann wirklich experimentell nachgewiesen.

In den Jahren am Princeton Institut erreichte Pauli weitere entscheidende Fortschritte in seinen kernphysikalischen Arbeiten. Mit seinem Werk „Meson of Nuclear Forces” legte er 1946 die Grundlagen für unser heutiges Verständnis der Kernkräfte. Paulis Voraussagen erwiesen sich allerdings nicht immer als richtig. Dies galt besonders für seine Kritik an der Dirac’schen Theorie eines positiv geladenen Elektrons. Ihm schien Diracs Auffassung zunächst unrichtig. Erst die Entdeckung des Positrons belehrte ihn eines besseren, doch hatte er immer schon vermutet, dass es viele Arten von Mesonen gebe, lange bevor diese experimentell sichergestellt wurden.

Wolfgang Paulis Veröffentlichungen in der Zeit vor dem zweiten Weltkrieg umfassen viele Artikel und Abhandlungen über verschiedene Probleme der theoretischen Physik in zahlreichen wissenschaftlichen Zeitschriften mehrerer Länder. Besonders bemerkenswert ist vor allem der von dem erst Zwanzigjährigen verfasste Abschnitt „Relativitätstheorie“ in der Enzyklopädie der Mathematischen Wissenschaften (1920). Die damals darin über Einsteins Theorie gegebene Darstellung hat wie Fierz in seinem Nachruf schreibt „auch heute nichts von ihrem Glanz verloren.“ Für das Handbuch der Physik schrieb Pauli 1926 den Beitrag „Quantentheorie” und 1933 „Allgemeine Prinzipien der Wellenmechanik”. In Müller Pouillets Lehrbuch der Physik erschien von ihm 1929 die „Theorie der schwarzen Strahlung” und im selben Jahr „Allgemeine Grundlagen der Quantentheorie des Atombaues“. In den Jahren 1945 bis 1947 zeichnete er als Herausgeber der „Physical Review”. Wie Schrödinger beherrschte auch Pauli die englische Sprache mit ebensolcher Perfektion wie seine Muttersprache.

Physik und Philosophie

Charakteristisch für den modernen Gelehrten ist auch die Vielseitigkeit seiner Interessen: Abgesehen von verschiedenen Gebieten der Physik, auf denen seine geistigen Leistungen eine beträchtliche Höhe erreichen, beschäftigte sich Pauli nach dem Kriege auch in zunehmendem Maße mit Problemen und Phänomenen außerhalb seines Faches. Persönlichkeit und Arbeit des bedeutenden Schweizer Psychologen und Psychoanalytikers C. G. Jung hatten ihn besonders angezogen. Der Physiker führte mit dem Psychologen manche tief schürf ende Diskussion. Die Ganzheitsbestrebungen der modernen Psychologie Jungs waren es vor allem, die Paulis über sein Fachgebiet hinausdrängenden Geist verwandtschaftlich berührten. Dieser freundschaftliche Verkehr mit Jung gab Pauli den Mut zur Veröffentlichung seiner eigenen Gedanken, die ihm besonders beim Studium der wissenschaftlichen Theorien des großen Astronomen Kepler bewegten. So erschien Paulis Essay „Der Einfluss archetypischer Vorstellungen auf die Bildung naturwissenschaftlicher Theorien bei Kepler” in der Reihe „Studien aus dem C. G. Jung Institut” in Zürich 1952.

Pauli bekennt sich darin zu der Auffassung Jungs, der den Begriff der „Archetypen” als dem Unterbewusstsein eingeprägter Instinkte des Vorstellens, als urtümlicher Bilder, in die moderne Psychologie eingeführt hat. Diese Urbilder hatte Kepler in Vorwegnahme der Jung’schen Terminologie „archetypisch” genannt. Es sind die „Ideen” Platos, im Geiste Gottes präexistent, der menschlichen Seele (als dem Ebenbild Gottes) mit ein erschaffen. Bezeichnend für die Richtung, die die heutige Physik zum Unterschied von der materialistisch mechanistischen Auffassung des neunzehnten Jahrhunderts immer mehr einschlägt, ist es auch, wenn Pauli eine Brücke zwischen den Sinneswahrnehmungen auf der einen und den im Denken geformten Begriffen auf der anderen Seite herzustellen sucht. Pauli schließt sich dieser „nicht rein empiristischen Auffassung” vieler Physiker an, die in steigendem Maße die „Rolle der Richtung der Aufmerksamkeit und der Intuition der im allgemeinen über die bloße Erfahrung weit hinausgehenden, zur Aufstellung eines Systems von Naturgesetzen nötigen Begriffe und Ideen” betonen.

Ihm, dem Vertreter der exaktesten Naturwissenschaft, scheint es „am meisten befriedigend, an dieser Stelle das Postulat einer unserer Willkür entzogenen Ordnung des Kosmos einzuführen”, der sowohl die Seele des Erkennenden als auch das in der Wahrnehmung Erkannte unterworfen ist. So findet er in den der Seele eingeprägten Archetypen die gesuchte Brücke „zwischen den Sinneswahrnehmungen und den Ideen” und der „notwendigen Voraussetzung für die Entstehung einer naturwissenschaftlichen Theorie”. So betrachtet scheint ihm das Verstehen, das heißt „das Bewusstwerden einer neuen Erkenntnis” auf einer Entsprechung, einem Zur Deckung Kommen von präexistenten inneren Bildern der menschlichen Psyche mit äußeren Objekten und ihrem Verhalten zu beruhen. Pauli vertrat die Ansicht, dass die Harmonie der Außenwelt unserer Innenwelt entsprechen müsse.

Pauli gibt in der zitierten Studie außerdem eine ungemein scharfsinnige Analyse der Kepler’schen Theorien und ihrer Grundlagen, sowie ihrer Gegensätze zu den Auffassungen des Rosenkreuzers Robert Fludd, der mit Kepler einen wissenschaftlichen Streit ausfocht. Pauli kommt zu dem Ergebnis, dass „anders als für Kepler und Fludd” für uns „heute nur ein solcher Standpunkt annehmbar” erscheint, „der beide Seiten der Wirklichkeit das Quantitative und das Qualitative, das Physische und das Psychische als vereinbar anerkennt und einheitlich umfassen kann“.

Seinen Nobel-Vortrag schloss er nach einer brillanten, kritischen Analyse der sich aus Diracs Theorien ergebenden Folgerungen mit dem Hinweis, dass dieser Vortrag, für den er das Thema „Ausschlussprinzip und Quantenmechanik” gewählt hatte, vom Standpunkt der Logik nicht mit einem befriedigenden Abschluss enden könne. Dieser werde sich erst dann finden lassen, wenn eine spätere Forschung weitere Aufschlüsse über die letzten Zusammenhänge der Atomstruktur gegeben haben werde.

Wolfgang Pauli als Zeitgenosse

Wohl war Pauli ein oft recht unbequemer Kritiker, dessen Esprit und ,,bissigen Humor” so manche Kollegen zu spüren bekamen. Besonders in jüngeren Jahren war er wegen der Schärfe seiner Kritik gefürchtet. Pauli scheute auch vor Angriffen auf berühmte Fachkollegen nicht zurück, wenn ihm um der Sache willen eine Kritik notwendig erschien. Sein wohl berühmtester Ausspruch aus der Reihe zahlloser Zitate, die in Fachkreisen die Runde machten, ist jener, mit dem er einem Kollegen vorwarf, er publiziere schneller, als er denke.

In späteren Jahren jedoch wurde Pauli in Kollegenkreisen auch menschlich immer beliebter. Seine Persönlichkeit, von einer „starken, faszinierenden Ausstrahlung”, belebte die Tagungen der Physikalischen Gesellschaft. Seine Lebensfreude, sein tiefes Verständnis für menschliche Dinge versöhnten auch manchen Angegriffenen wieder mit ihm, „wussten wir doch alle”, wie Professor Fierz in seinen Gedenkworten sagte, „dass er es im Grunde gut mit uns meine”.

Wissenschaftliche Bedeutung Am 15. Dezember 1958 verstarb Wolfgang Pauli recht unerwartet an einem Pankreas-Tumor. Wenn der Österreicher Victor Hess als Experimentalphysiker durch Beobachtungen und Versuche die natürlichen Grundlagen einer Seite der modernen Atomphysik erschloss, so haben Schrödinger und Pauli, beide überragende theoretische Physiker des 20. Jahrhunderts, zwei Tragpfeiler des geistigen Gedankengebäudes der Physik unserer Tage errichtet.

Als Pauli sein Ausschlussprinzip entwickelte, gab er der Wissenschaft eine Laterne in die Hand, mit der es möglich wurde, weit vorausschauend, tiefes Dunkel wie mit einem Scheinwerfer zu erhellen. Sein Lebenswerk ist nicht nur ein bedeutender Baustein des naturwissenschaftlichen Weltbildes der Gegenwart, es ist auch Fundament künftiger Erkenntnisse, ein Wegweiser in unentdecktes Neuland.

Der biografische Text wurde dem Buch „Österreichs Nobelpreisträger” (1961, Hg. F. G. Smekal) aus dem Wilhelm Frick Verlag entnommen.

Werke (Auswahl)#

  • W. Pauli: Der Einfluss archetypischer Vorstellungen auf die Bildung naturwissenschaftlicher Theorien bei Kepler, veröffentlicht in Jung/Pauli, Naturerklärung und Psyche, Rascher Verlag, Zürich, 1952
  • Pauli, Collected works, New York, Wiley, 2 Bde., 1964 (Kronig, Hg. V. Weisskopf)
  • Pauli, Lectures on Physics, 6 Bde. MIT Press 1973 (deutsch im ETH Selbstverlag: u.a. Wellenmechanik, Feldquantisierung, Optik und Elektrodynamik, Thermodynamik und kinetische Gastheorie)
  • Pauli, Fünf Arbeiten zum Ausschließungsprinzip und zum Neutrino, Wissenschaftliche Buchgesellschaft 1977
  • Wissenschaftlicher Briefwechsel mit Bohr, Einstein, Heisenberg und anderen, 1979
  • Das Gewissen der Physik, herausgegeben von C. P. Enz und H. von Meyenn, 1988
  • Pauli, Die Prinzipien der Wellenmechanik, Springer Verlag 1990
  • Pauli, Die Relativitätstheorie, Springer Verlag 2000

Literatur#

Schwerpunkt Physik
  • Markus Fierz u. Victor Weisskopf (Hrsg.) Theoretical physics in the 20.century – Pauli memorial volume, 1960
  • Charles P. Enz, Paulis scientific work, in J. Mehra (Hrsg.) „The physicists concept of nature”, Reidel, Dordrecht 1973
  • Karl von Meyenn u. Victor Weisskopf (Hrsg.), Hermann Wolfgang Pauli: Wissenschaftlicher Briefwechsel, mehrere Bde., Springer Verlag 1979 ff
  • Karl von Meyenn, Paulis Weg zum Ausschließungsprinzip, Physikalische Blätter, 1980
  • Charles P. Enz u. Karl von Meyenn (Hrsg.), Wolfgang Pauli – Das Gewissen der Physik, Vieweg Verlag 1988 (mit Reprints einiger Arbeiten u. Bibliographie)
  • Charles P. Enz, Beat Glaus, Gerhard Oberkofler (Hg.): Wolfgang Pauli und sein Wirken an der ETH Zürich. Vdf. Hochschul-Verl. an der ETH, 1997
  • Ernst Peter Fischer: An den Grenzen des Denkens, Wolfgang Pauli – Ein Nobelpreisträger über die Nachtseiten der Wissenschaft, Verlag Herder, Freiburg im Breisgau 2000
  • Charles P. Enz, Pauli hat gesagt (Biographie), NZZ Libro 2005

Philosophische Schwerpunkte

  • Kalervo V. Laurikainen: Beyond the atom – philosophical thought of Wolfgang Pauli, Springer Verlag, 1988
  • C. A. Meier (Hrsg.): Wolfgang Pauli und C. G. Jung. Ein Briefwechsel 1932–1958, Springer, Berlin 1992 (derzeit vergriffen)
  • H. Atmanspacher u. Hans Primas: Der Pauli-Jung-Dialog und seine Bedeutung für die moderne Wissenschaft. Springer, Heidelberg 1995
  • Kalervo V. Laurikainen: The Message of the Atoms: Essays on Wolfgang Pauli and the Unspeakable. Springer, Heidelberg 1997
  • Tom Keve: Triad: the physicists, the analysts, the kabbalists. Rosenberger & Krausz, London, 2000
  • Herbert van Erkelens: Wolfgang Pauli und der Geist der Materie. Königshausen & Neumann, 2002
  • Suzanne Gieser: The Innermost Kernel. Depth Psychology and Quantum Physics. Wolfgang Paul’s Dialogue with C.G. Jung, Springer 2005

Quellen#


Redaktion: J. Sallachner