1925年1月：ヴォルフガングパウリが排他原理を発表

1925年は、量子物理学にとって重要な年でした。ヴォルフガングパウリの1月の排除原理の発表。 2つの同一のフェルミ粒子が同じ量子状態になることはできないというこのよく知られた原理は、要素の周期表の構造の理論的基礎を初めて提供しました。

ヴォルフガングパウリは1900年、同じ年にウィーンで生まれました。量子力学自体は、プランクがエネルギー量子のアイデアを発表したことで生まれました。パウリの父はウィーン大学の医師兼化学教授であり、彼の名付け親はエルンストマッハでした。若い天才として、彼が授業中に退屈していることに気付いたとき、パウリはアインシュタインの相対性理論に関する論文を読みました。 20歳までに、当時ミュンヘン大学のアーノルドゾンマーフェルトの学生だったパウリは、相対性理論に関する論文を発表し、相対性理論に関する百科事典の記事を書き、アルバートアインシュタイン自身を含む他の物理学者に大きな感銘を与えました。古典力学と相対性理論を学んだパウリは、ゾンマーフェルトに紹介されたときに量子力学に戸惑い、最初は主題がかなり混乱していることに気づきました。
おそらく彼の才能のために、パウリの教授や同僚は彼のより厄介なもののいくつかを容認しました非常に遅く寝て、正午までに講義に現れることはめったにないという彼の習慣などの習慣。彼はまた非常に批判的であり、同僚の一貫性のない仕事を「間違いではない」と判断したことで有名でした。彼の批判の傾向はしばしば他の人に彼らの考えを明確にすることに拍車をかけました。パウリはまた事故を引き起こすという驚くべき傾向を持っていたので、科学者は彼を自分の研究室に近づけても実験の運命を意味すると信じ始めました。
博士号を取得した後1921年にゴッティンゲン、次にコペンハーゲンでしばらく過ごしたパウリは、1923年にハンブルク大学に就職しました。そこで最初の講義を行い、元素の周期表について説明しましたが、原子殻の構造が理解されていなかったため、不十分でした。 1913年に、ボーアは電子が特定の量子化された軌道のみを占めることができると提案しましたが、原子内のすべての電子が1つの最低エネルギー状態に単純に群がらない理由はないようでした。の構造の説得力のある説明はありませんでした。パウリは最近、異常なゼーマン効果（電子スピンの結果）を説明しようと試みており、2つの問題は何かであると確信していました。わあ関連。
1924年後半、パウリは3つに4番目の量子数を追加し、電子の量子状態を記述するために使用するというアイデアを提案することで、大きな飛躍を遂げました。最初の3つの量子数は、原子核の周りの電子の運動に関連しているため、物理的に意味がありました。パウリは、電子の新しい量子特性を「古典的には説明できない2つの価値」と呼んだ。この提案をした直後、パウリはそれが閉軌道の問題の解決につながる可能性があることに気づきました。
その後、1925年1月、彼は排除原理を発表し、原子内の2つの電子が次の状態を占めることはできないと述べました。 4つの量子数について同じ値。各電子は独自の状態でなければなりませんでした。他の可能性は除外されています。
パウリが提案した4番目の量子数は、その物理的重要性を誰も説明できなかったため、当時、物理学者を困惑させました。パウリは、排他原理を論理的に説明したり、他の量子力学の法則から導き出すことができなかったという事実にも悩まされ、この問題に不満を抱いていました。それでも、原理は機能しました。それは周期表の構造を説明し、物質の他の特性を説明するために不可欠です。
1925年の後半、パウリの研究に触発されたサミュエル・グードスミットとジョージ・ウーレンベックは、フーを解釈しました。電子のスピンとしてのr番目の量子数。パウリはもともと原子内の電子を説明するために排他原理を適用しましたが、後にそれは半整数スピンを持つフェルミオンのシステムに拡張されましたが、整数スピンを持つボソンには拡張されませんでした。
パウリの発表から2年後彼の排他原理、新しい量子力学は、ハイゼンベルグの行列力学の定式化と、物質は波のような性質を持つことができるというド・ブロイの考えに基づいたシュレーディンガーの波動力学で始まりました。
1928年にパウリはチューリッヒに引っ越しました。彼は第二次世界大戦中に米国で時間を過ごし、戦後チューリッヒに戻りました。 1931年、パウリはベータ崩壊におけるエネルギー保存の明らかな欠如の解決策として、新しい粒子であるニュートリノの存在を提案しました。彼の多くの研究成果の後、彼は晩年の多くを科学の歴史と哲学について考えました。
パウリは常に現象の明確で首尾一貫した説明をすることを主張し、常に実験の直感的な理解と厳密な数学的スキームの両方を見つけるよう努めました。 マックス・ボルンはかつて、「彼が天才であり、アインシュタイン自身にしか匹敵しないことを知っていた。しかし、彼はまったく異なるタイプの男であり、私の目にはアインシュタインの偉大さを達成しなかった」とコメントした。 1945年、パウリは排他原理の発見でノーベル賞を受賞し、1958年に亡くなりました。