Wolfgang Pauli (1900-1958) – das Gewissen der Physik.
von Claudia SimonerDer am 25. April 1900 in Wien geborene, frühreif-geniale Physiker wurde Professor in Hamburg (1926) und Zürich (1928). 1940 - 46 arbeitete Pauli in den USA am „Institut for Advanced Study“ in Princeton. 1946 kehrte er nach Zürich zurück, wo er am 15. Dezember 1958 starb.
Pauli verfasste schon mit 21 Jahren im Auftrag Arnold Sommerfelds eine Darstellung der Relativitätstheorie. Der unerbittliche Mahner von Exaktheit und Systematik bemühte sich um eine theoretische Deutung des Periodensystems: Ende 1924 ergänzte Pauli die Bohr-Sommerfeld-Theorie mit der Entdeckung des "Ausschließungsprinzips" (Pauli-Prinzip), das einen zusätzlichen Freiheitsgrad für Elektronen formulierte und die Forderung nach Ausschließung der Annahme einer Besetzung eines Quantenzustandes durch mehrere Elektronen erhob.
Pauli gelang 1927 der rechnerische Einbezug des "Elektronen-Spins" in die Quantentheorie und 1930 die Entdeckung des später "Neutrino" genannten Teilchens. Pauli erhielt 1945 für das nach ihm benannte Prinzip den Nobelpreis.
Das Pauli Prinzip
Das Pauli-Prinzip, auch Pauli-Verbot oder Ausschließungsprinzip genannt, wurde von Wolfgang Pauli 1925 aufgestellt:
Die Gesamtwellenfunktion eines Systems mit mehreren Elektronen ist immer antisymmetrisch gegen Vertauschung zweier Elektronen.
Ausgangspunkt war das Problem des Schalenabschlusses bei Atomen und der Aufbau des periodischen Systems der chemischen Elemente. Auf der Basis der Multiplättstruktur der Atomspektren und des anomalen Zeeman-Effektes, der sich lange Zeit theoretisch nicht deuten ließ, kam Pauli zunächst zur Einsicht, dass die "eigentümliche, klassisch nicht beschreibbare Art von Zweideutigkeit der quantentheoretischen Eigenschaften des Leuchtelektrons" eine vierte Quantenzahl zur Beschreibung verlangte. Damit fügte er den drei bekannten Quantenzahlen, Hauptquantenzahl, Nebenquantenzahl, magnetische Quantenzahl-, die später sog. Spinquantenzahl hinzu.
Danach postulierte Pauli, dass im Atombau zwei Elektronen niemals in allen vier Quantenzahlen übereinstimmende Werte haben. Wenn ein Elektron eines Atoms einen durch die vier Quantenzahlen beschriebenen Zustand einnimmt, dann ist dieser Zustand "besetzt".
Lange Zeit blieb das Ausschließungsprinzip ein nicht weiter begründbarer Zusatz zur Quantentheorie. Pauli verlor aber sein Ziel, das Ausschließungsprinzip mit anderen physikalischen Prinzipien zu verknüpfen, nicht aus den Augen.
Fast 15 Jahre dauerte die weitere Auseinandersetzung mit dem Problem, ehe ihm eine endgültige Klärung gelang. Es stellte sich heraus, dass das Ausschließungsprinzip für Teilchen mit halb-zahligem Spin - z. B. Elektronen und Protonen - gilt. Werden diese Teilchen "quantenstatistisch" beschrieben, so kommt die sog. Fermi-Dirac-Statistik zur Anwendung. Solche Teilchen werden Fermionen genannt. Teilchen mit ganz-zahligem Spin, - z. B. Photonen - befolgen hingegen das Pauli-Verbot nicht und gehorchen der sog. Bose-Einstein-Statistik. Solche Teilchen werden Bosonen genannt.
1700 - 1799
1800 - 1849
1850 - 1899
1900 - 1950
Atom u. Kernphysik
Elektrodynamik
Mechanik
Optik
Quantentheorie
Strahlung
Thermodynamik