A fizika lelkiismerete

Wolfgang Pauli halálának ötvenedik évfordulóján.  

Vannak oly ritka egyéniségek, akik tűzön-vízen át kitartanak meggyőződésük mellett. Akik embert-istent nem ismernek, ha biztosak az igazukban. A tudomány területén az elsőséget toronymagasan Wolfgang Pauli tartja, aki nem átallotta egyik aspiránsát az ájult tisztelettel körülvett, a legnagyobb élő fizikusnak tartott Albert Einsteinnél ily pimaszul beajánlani: ?Ez a fiatalember jó fizikus, bár nem tudja kellőképp megkülönböztetni a matematikát a fizikától. De ez Önt, kedves Mester, valószínűleg nem zavarja majd, mert a szóban forgó különbséget már jó ideje Ön sem érzi?. Ezen persze a nagy gondolkodó nem sértődött meg, amit az is bizonyít, hogy fiatal kollégáját épp ő javasolta a fizikai Nobel-díjra. Már csak emiatt is érdemes megismerkedni e kivételes zsenivel, aki döntő mértékben járult hozzá mai fizikai világképünk  kialakításához.

Bécsben született 1900. április 25.-én, Wolfgang Josef Pauli orvos, biokémia-professzor és Berta Camilla Schütz fiaként. A keresztségben a Wolfgang Ernst nevet kapta, ez utóbbit keresztapja, a prágai egyetem világhírű professzora, Ernst Mach után, akiről a napjainkban is oly gyakran emlegetett Mach-számot elnevezték. Kora fiatalságától kezdve elbűvölte a fizika, annak is a legmodernebb ága, így természetesnek vehető, hogy alig tette le érettségi vizsgáját, máris komoly tanulmányt tett közzé Einstein általános relativitáselméletéről. Valahol ekkor érlelődött meg benne a vélemény, ami a fenti csipkelődő levélben öltött évtizedek múltán testet.  A szakemberek ugyanis a mai napig nem tudják igazán eldönteni, hogy ez a munka mennyire fizika és mennyire geometria. Talán a természetfilozófia jellemzés illik rá a leginkább. Ugyanis a huszadik századi fizika kétségkívül legnagyobb alakja e tanulmányában abból indul ki, hogy a tömegvonzás és a gyorsulás között semmilyen kísérleti módszerrel nem tudunk különbséget tenni (fizika), viszont azzal folytatja, hogy a fény mindig egyenes vonalban terjed az űrben, tehát nagy bolygó vagy csillag mellett elhaladva nem görbül a pályája – ahogyan az a newtoni elméletből következne -, hanem a tér deformálódik (geometria). A rendkívül elegáns elméletet emiatt évtizedeken keresztül vitatták. Aligha csodálható, hogy a relativitáselméletet nem jutalmazták, Einstein végül is a fény emisszió magyarázatáért kapta meg a fizikai Nobel-díjat.

A zöldfülű Pauli olyannyira felhívta magára a figyelmet az einsteini gondolatokról írt munkájával, hogy a müncheni egyetem hallgatójaként a kor egyik legnagyobb fizikusának, Arnold Sommerfeldnek a segédje lehetett. Nála került kapcsolatba azokkal a kérdésekkel, amelyek végül is elvezettek ahhoz, hogy egy évtized múltán a kvantummechanika vezéregyéniségévé váljon. Doktorátusát 1921-ben szerezte meg a molekuláris hidrogén kvantumelméletét taglaló disszertációjával, amely Sommerfeld komoly hatásáról tanúskodik. Mivel tanára szerkesztője volt a Matematikai tudományok enciklopédiájának (Enzyklopäedie der matematischen Wissenschaften), kézenfekvő volt számára, hogy ifjú tanítványát kéri fel a relativitáselméletet bemutató szócikk megírására. Pauli enyhén túlteljesítette a feladatot: ismertetője kétszázharminchét oldalasra sikerült! Megmutatták Einsteinnek, aki nagyon megdicsérte, emiatt önálló kötetként adták ki. A mai napig a legjobb munkának számít a témában. Olyannyira megalapozta a hírnevét, hogy a legjelesebb intézményekben tárt karokkal fogadták a Nobel-díjasok: először Max Born segéde lett Göttingenben, majd Koppenhágában Niels Bohr mellett dolgozhatott. Mindössze huszonhárom éves, amikor kinevezik a müncheni egyetem tanárának. A fizika Olümposzára 1928-ban jutott el: azon a zürichi műegyetemen lett az elméleti fizika tanára, amelyen a nagy Einstein szerezte meg diplomáját. Közben 1925-ben kidolgozta azt az elméletet, amiért két évtized múltán fizikai Nobel-díjjal tüntetik ki. Ehhez érdemes dióhéjban áttekinteni az atomelmélet fejlődését.

Az első használható atommodellt 1911-ben Ernest Rutherford alkotta meg, amely szerint az atom voltaképpen a naprendszer kicsinyített mása. Viszont hamarosan az is kiderült ? Niels Bohr jóvoltából -, hogy a mag körül keringő elektronok csak meghatározott pályákon lehetnek. Közben a legnagyobb ellentmondást nem sikerült feloldani: ha igaz, hogy az elektron részecskeként kering a mag körül ? a villamosságtani kísérletek arról tanúskodtak, hogy az áram szállítása közben valódi részecske ? akkor viszont a töltése miatt elektromágneses sugárzást kellene kibocsátania. De ha ezt tenné, energiát vesztene, egy idő után belezuhanna az atommagba. Miután ezt nem teszi meg, más magyarázat után kell nézni. A megoldásra Sommerfeld jött rá, aki megalkotta az elektronfelhő fogalmát, vagyis ilyenkor az elektron hullámként szabályos burkot alkot a mag körül. Közben az is kiderült, hogy egyazon pályán legfeljebb két elektron foglalhat helyet. Pauli a fenti dilemmát rendkívül elegánsan oldotta fel: abból kiindulva, hogy az elektron forog saját tengelye körül, tehát perdülete (angol szóval: spin) van, egyazon pályán amiatt lehet legfeljebb két elektron, mivel ezek spinje  (kvantumállapota) ellentétes. Tanulmánya a Rutherford-Bohr elméletbe beépítette Sommerfeld magyarázatát is, hiszen így a két elektron ellentétes fázisú hullámként nem zavarja egymást. 

Iszonyatos munkatempót diktált: folyamatosan kutatott, előadott több egyetemen, 1931-től már Michiganben, sőt a princetoni Institut for Advanced Study-n is, ez utóbbin Einstein meghívására.

Közben magánélete meglehetősen zavarosan alakult: 1929-ben megházasodott, de néhány hónappal később el is vált. A rá nehezedő nagy nyomás következtében súlyos idegösszeomlást kapott. A Zürich közelében élő nagyszerű pszichoanalitikus, a legendás Siegmund Freud munkatársa, Carl Gustav Jung sietett a segítségére. Pauli nemcsak kivételes páciensnek, de nagyszerű tanítványnak is bizonyult: gyógyulása közben elsajátította a pszichoanalízis módszereit, majd Jung egyik fő követőjévé, hamarosan kritikusává vált. Tudományos vitáikat levelekben folytatták, ezek ma egyik kútfői a korabeli pszichoanalitikus tudomány megértésének.  1934-ben ismét házasságot kötött, Franca Bertrammal, frigyükből sajnos nem született gyermek.

Miután 1938 tavaszán Németország bekebelezte Ausztriát (Anschluss), Pauli automatikusan német állampolgár lett, helyzete egyre tarthatatlanabbá vált. Ezért 1940-ben Princetonban elvállalta az elméleti fizika professzori állását. Olyan zsenik közvetlen munkatársa lett, mint Albert Einstein, Wigner Jenő és Neumann János.

Mindenki tisztelte és becsülte legendás szókimondásáért. Annak ellenére, hogy sokszor kellemetlen volt az érintettek számára. Például egyik munkatársát a következőképpen örvendeztette meg: ?Nem azt kifogásolom, hogy Ön lassan gondolkodik, azt kifogásolom, hogy ahhoz képest túl gyorsan publikál?. Az atombomba előállításának egyik későbbi kulcsfiguráját, Victor Weisskopfot ezzel   fogadta első munkanapja alkalmából: ?Ah, milyen fiatal és máris ismeretlen?.

A második világháborút követően ugyan felvette az amerikai állampolgárságot, viszont 1946-tól haláláig Zürichben dolgozott. Tevékenysége elismeréséül, a róla elnevezett kizárási elv megalkotásáért 1945-ben megkapta a fizikai Nobel-díjat, 1958-ban Max Planck díjjal jutalmazták. 

Pauli zsenialitása elismerésének ékes bizonyítéka a fizika egyik máig ismeretlen rejtélyéhez, a finomszerkezeti, un. alfa-állandóhoz fűződő, róla szóló történet. Erről tudni érdemes, hogy azt a valószínűséget adja meg, hogy az atom körül keringő elektron kibocsát-e vagy elnyel egy-egy fotont. Értéke 1/137, úgy lehet kiszámítani, hogy az elektrontöltés négyzetét elosztják a fénysebesség és a Planck-állandó szorzatával. A szakemberek számára ez az elektromosságtan (elektrontöltés miatt), a relativitáselmélet (fénysebesség) és a kvantumelmélet (Planck-állandó) közötti kapcsot jelenti. Amióta sikerült megtalálni, azóta törik a fizikusok a fejüket, hogy miért éppen 137 szerepel az eredményben. Heisenberg szerint aki rájön, feloldja a kvantummechanika valamennyi ellentmondását. A megoldáshoz a legközelebb ép Pauli jutott el, viszont neki sem sikerült a rejtélyt megfejtenie. Ennek ellenére már életében terjesztették róla az alábbi anekdotát: a mennybe kerülve tudományos érdemei elismeréseképp találkozhat az Istennel, aki abban a kegyben részesíti, hogy válaszol egy kérdésére. Pauli természetesen élete nagy rejtélyére kíváncsi: miért egyenlő alfa egy per százharminchéttel? Az Úr elmosolyodik, sorba írja az egyenleteket a táblára. Hirtelen mocorgásra lesz figyelmes. Megfordul, látja, hogy Pauli nyújtogatja a kezét: das ist Falsch! (az ott hibás), mutat az egyik sorra. Ez volt ugyanis a leggyakoribb felkiáltása, valahányszor valamilyen elméletet levezettek a jelenlétében. Az viszont tény, hogy saját sorsát befolyásoló mágikus számnak tekintette a 137-et. Olyannyira, hogy élete kritikus operációja előtt, amikor munkatársa, Karl Entz meglátogatta őt a zürichi kórházban, kiküldte, hogy nézze meg a szobaszámot. Az ajtón a 137-es állt. A huszadik század legprecízebb fizikusa biztosra vette: az égi jel arra utal, hamarosan rákérdezhet az Úr színe előtt a dilemmára. Igaza lett: pár nap múltán, 1958. december 15.-én elhagyta az árnyékvilágot.

Előadás közben

Wolfgang Pauliról egyértelműen elmondható: a kvantummechanika legendás vezéralakja volt, aki Einstein mellett a legnagyobb hatást tette a huszadik századi fizikára. Bár úgy tűnik, csupán elméleti jelentősége van munkásságának, a valóságban a kvantummechanika felismeréseit hasznosítja korunk iparának egynegyede: nem ismernénk a műholdtévét, mobiltelefont, a szórakoztató elektronika ezernyi berendezését a modern tévétől a képmagnóig, a sétálómagnótól a CD lejátszóig ezen felismerések nélkül.

MINDEN VÉLEMÉNY SZÁMÍT!

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.

A következő HTML tag-ek és tulajdonságok használata engedélyezett: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>