tammikuu 1925: Wolfgang Pauli ilmoitti poissulkemisperiaatteen
vuosi 1925 oli tärkeä kvanttifysiikan kannalta, alkaen Wolfgang Pauli ilmoitti tammikuussa poissulkemisperiaatteesta. Tämä tunnettu periaate, jonka mukaan kaksi identtistä fermionipartikkelia ei voi olla samassa kvanttitilassa, tarjosi ensimmäisen kerran teoreettisen perustan elementtien jaksollisen taulukon rakenteelle.
Wolfgang Pauli syntyi Wienissä vuonna 1900, samana vuonna itse kvanttimekaniikka syntyi Planckin ilmoituksella energiakvantin ideasta. Paulin isä oli lääkäri ja kemian professori Wienin yliopistossa, ja hänen kummisetä oli Ernest Mach. Nuorena ihmelapsena, kun hän tunsi itsensä ikävystyvän luokan aikana, Pauli luki Einsteinin suhteellisuusteoriaa käsitteleviä lehtiä. 20-vuotiaana Pauli, silloinen Arnold Sommerfeldin opiskelija Münchenin yliopistossa, oli julkaissut suhteellisuustehtäviä ja kirjoittanut suhteellisuusteoriaan liittyvän tietosanakirjan, joka vaikutti suuresti muihin fyysikoihin, mukaan lukien Albert Einstein itse. Opittuaan klassisen mekaniikan ja suhteellisuusteorian, kvanttimekaniikka hämmensi Paulia, kun Sommerfeld esitteli sen, ja aluksi hän piti aihetta melko sekavana.
Mahdollisesti hänen loistonsa vuoksi Paulin professorit ja kollegat suvaitsivat joitain hänen ärsyttävämpiä. tapoja, kuten hänen tapansa nukkua erittäin myöhään ja esiintyä harvoin luennoilla ennen keskipäivää. Hän oli myös erittäin kriittinen ja kuuluisa siitä, että tyytyi kollegoidensa vähemmän yhtenäiseen työhön ”ei edes vääränä”. Hänen taipumuksensa kritisoida kannusti toisia selventämään ajatuksiaan.Paulilla oli myös niin hämmästyttävä taipumus aiheuttaa onnettomuuksia, että tutkijat alkoivat uskoa, että jopa hänen lähentäminen laboratorioonsa tarkoitti tuomiota kokeelle.
Saatuaan tohtorin tutkinnon Vuonna 1921 Pauli vietti jonkin aikaa Gottingenissa ja sitten Kööpenhaminassa kannan Hampurin yliopistossa vuonna 1923. Hän piti siellä ensimmäisen luentonsa alkuaineiden jaksollisesta taulukosta, jonka hän piti epätyydyttävänä, koska atomikuorirakennetta ei ymmärretty. Vuonna 1913 Bohr oli ehdottanut, että elektronit voisivat miehittää vain tietyt kvantisoidut kiertoradat, mutta ei näyttänyt olevan mitään syytä, miksi kaikki atomin elektronit eivät yksinkertaisesti tunkeutuneet yhteen pienimmän energian tilaan. Pauli oli myös äskettäin työskennellyt yrittäessään selittää epänormaalia Zeeman-vaikutusta (seurauksena elektronin pyörimisestä) ja oli vakuuttunut siitä, että nämä kaksi ongelmaa olivat liittyvä.
Vuoden 1924 lopulla Pauli teki suuren harppauksen ehdottamalla ajatusta neljännen kvanttiluvun lisäämisestä kolmeen, joita sitten käytettiin kuvaamaan elektronin kvanttitilaa. Kolme ensimmäistä kvanttilukua olivat järkeviä fyysisesti, koska ne liittyivät elektronin liikkeeseen ytimen ympärillä. Pauli kutsui uutta elektronin kvanttiominaisuuttaan ”kaksiarvoisuudeksi, jota ei voida kuvata klassisesti”. Pian tämän ehdotuksen tekemisen jälkeen Pauli tajusi, että se voi johtaa suljettujen kiertoratojen ongelman ratkaisemiseen.
Sitten hän ilmoitti tammikuussa 1925 poissulkemisperiaatteesta ja totesi, että kaksi atomin elektronia ei voi miehittää tilaa, jossa on samat arvot neljälle kvanttiluvulle. Jokaisen elektronin oli oltava omassa ainutlaatuisessa tilassaan. Muita mahdollisuuksia ei oteta huomioon.
Paulin ehdottama neljäs kvanttiluku hämmentää fyysikoita tuolloin, koska kukaan ei pystynyt selittämään sen fyysistä merkitystä. Ajatus vaivasi Paulia myös siitä, että hän ei pystynyt antamaan mitään loogista selitystä poissulkemisperiaatteelle tai johtamaan sitä muista kvanttimekaniikan laeista, ja hän oli edelleen tyytymätön tähän ongelmaan. se selitti jaksollisen taulukon rakenteen ja on välttämätön aineen muiden ominaisuuksien selittämiselle.
Myöhemmin vuonna 1925 Samuel Goudsmit ja George Uhlenbeck tulkitsivat Paulin työn innoittamana fou r-kvanttiluku elektronin pyörimiseksi. Pauli sovelsi alun perin poissulkemisperiaatetta selittääkseen elektroneja atomeissa, mutta myöhemmin se laajennettiin mihin tahansa fermionijärjestelmään, jossa on puoli kokonaislukua, mutta ei bosoneihin, joissa on kokonaisluku spin.
Kahden vuoden kuluttua Paulin ilmoituksesta hänen poissulkemisperiaatteensa, uusi kvanttimekaniikka lähti liikkeelle Heisenbergin matriisimekaniikan muotoilulla ja Schrödingerin aaltomekaniikka, joka perustui de Broglien ajatukseen, että aineella voi olla aaltomaisia ominaisuuksia.
Vuonna 1928 Pauli muutti Zürichiin. Hän vietti aikaa toisen maailmansodan aikana Yhdysvalloissa ja palasi Zürichiin sodan jälkeen. Vuonna 1931 Pauli ehdotti uuden hiukkasen, neutriinon, olemassaoloa ratkaisuksi energiansäästön ilmeiseen puutteeseen beeta-hajoamisessa.Monien tutkimustulostensa jälkeen hän vietti suuren osan myöhemmistä vuosistaan ajatellen tieteen historiaa ja filosofiaa.
Pauli vaati aina selvää ja johdonmukaista selitystä ilmiölle ja pyrki aina löytämään sekä intuitiivisen ymmärryksen kokeesta että tiukan matemaattisen suunnitelman. Max Born kommentoi kerran: ”Tiesin, että hän oli nero, joka on verrattavissa vain Einsteiniin itse. Mutta hän oli täysin erilainen ihminen, joka minun mielestäni ei saavuttanut Einsteinin suuruutta” Vuonna 1945 Paulille myönnettiin Nobelin palkinto syrjäytymisen periaatteen löytämisestä. Hän kuoli vuonna 1958.
