Wolfgang Pauli

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Wolfgang Ernst Pauli (25 de abril de 1900 – 15 de diciembre de 1958) fue un físico teórico austriaco y uno de los pioneros de la física cuántica. En 1945, tras haber sido propuesto por Albert Einstein, Pauli recibió el Premio Nobel de Física por su «decisiva contribución mediante el descubrimiento de una nueva ley de la Naturaleza, el principio de exclusión o principio de Pauli». El descubrimiento se refería a la teoría del espín, que es la base de una teoría de la estructura de la materia.

Biografía

Primeros años y formación filosófica

Pauli nació en Viena, hijo de un químico, Wolfgang Joseph Pauli, y de su esposa, Bertha Camilla Schütz; su hermana era Hertha Pauli, escritora y actriz. El segundo nombre de Pauli fue puesto en honor a su padrino, el físico Ernst Mach. Los abuelos paternos de Pauli pertenecían a destacadas familias judías de Praga; su bisabuelo era el editor judío Wolf Pascheles. La madre de Pauli, Bertha Schütz, fue educada en la religión católica romana de su madre; su padre era el escritor judío Friedrich Schütz. Pauli fue criado como católico romano, aunque finalmente él y sus padres abandonaron la Iglesia.

Wolfang Pauli
Wolfang Pauli

Pauli asistió al Döblinger-Gymnasium de Viena y se graduó con distinción en 1918. Dos meses más tarde publicó su primer artículo sobre la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. Asistió a la Universidad Ludwig-Maximilians de Múnich y trabajó con Arnold Sommerfeld, donde se doctoró en julio de 1921 por su tesis sobre la teoría cuántica del hidrógeno diatómico ionizado (H2+).

Pauli y la teoría de la relatividad

Sommerfeld pidió a Pauli que revisara la teoría de la relatividad para la Encyklopädie der mathematischen Wissenschaften (Enciclopedia de Ciencias Matemáticas). Dos meses después de recibir su doctorado, Pauli completó el artículo, que llegó a tener 237 páginas. Einstein lo elogió; publicado como monografía, sigue siendo una referencia estándar sobre el tema.

Pauli pasó un año en la Universidad de Gotinga como ayudante de Max Born, y al año siguiente en el Instituto de Física Teórica de Copenhague (más tarde Instituto Niels Bohr). De 1923 a 1928, fue profesor en la Universidad de Hamburgo. Durante este periodo, Pauli desempeñó un papel fundamental en el desarrollo de la teoría moderna de la mecánica cuántica. En particular, formuló el principio de exclusión y la teoría del espín no relativista. También escribió un artículo sobre la química y la medicina de los coloides en 1924.


En 1928, Pauli fue nombrado catedrático de física teórica en la ETH de Zúrich (Suiza) y en 1930 recibió la medalla Lorentz. Fue profesor visitante en la Universidad de Michigan en 1931 y en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton en 1935.

Carl Jung y Wolfang Pauli

A finales de 1930, poco después de su postulación del neutrino e inmediatamente después de su divorcio y del suicidio de su madre, Pauli sufrió una crisis personal. En enero de 1932 consultó al psiquiatra y psicoterapeuta Carl Jung, que también vivía cerca de Zúrich. Jung comenzó inmediatamente a interpretar los sueños profundamente arquetípicos de Pauli, basados en el I Ching, y Pauli se convirtió en uno de los mejores alumnos de Jung.

Wolfang Pauli y Carl Jung
Wolfang Pauli y Carl Jung

Pronto empezó a criticar científicamente la epistemología de la teoría de Jung, y esto contribuyó a una cierta clarificación de las ideas de Jung, especialmente sobre la sincronicidad. Gran parte de estas discusiones están documentadas en las cartas Pauli/Jung, hoy publicadas como Átomo y Arquetipo. El elaborado análisis de Jung de más de 400 sueños de Pauli está documentado en Psicología y Alquimia. En 1933 Pauli publicó la segunda parte de su libro sobre Física, Handbuch der Physik, que fue considerado el libro definitivo sobre el nuevo campo de la física cuántica. Robert Oppenheimer lo llamó «la única introducción adulta a la mecánica cuántica».


Segunda guerra mundial y últimos años

La anexión alemana de Austria en 1938 convirtió a Pauli en ciudadano alemán, lo que se convirtió en un problema para él en 1939, cuando estalló la Segunda Guerra Mundial. En 1940, intentó en vano obtener la ciudadanía suiza, que le habría permitido permanecer en la ETH.

En 1940, Pauli se trasladó a Estados Unidos, donde fue contratado como profesor de física teórica en el Instituto de Estudios Avanzados. En 1946, después de la guerra, se nacionalizó estadounidense y regresó a Zúrich, donde permaneció casi toda su vida. En 1949 se le concedió la nacionalidad suiza.

En 1958, Pauli recibió la medalla Max Planck. Ese mismo año cayó enfermo de cáncer de páncreas. Cuando su último asistente, Charles Enz, le visitó en el hospital Rotkreuz de Zúrich, Pauli le preguntó: «¿Has visto el número de la habitación?». Era el 137. Durante toda su vida, Pauli había estado preocupado por la cuestión de por qué la constante de estructura fina, una constante fundamental adimensional, tiene un valor casi igual a 1/137. Pauli murió en esa habitación el 15 de diciembre de 1958.


Aportes científicos de Pauli

Pauli hizo muchas contribuciones importantes como físico, principalmente en el campo de la mecánica cuántica. Rara vez publicaba artículos, y prefería mantener una larga correspondencia con colegas como Niels Bohr, de la Universidad de Copenhague (Dinamarca), y Werner Heisenberg, con quien mantenía una estrecha amistad.

Muchas de sus ideas y resultados nunca se publicaron y sólo aparecieron en sus cartas, que a menudo eran copiadas y difundidas por sus destinatarios. En 1921, Pauli colaboró con Bohr en la creación del Principio de Aufbau, que describía la acumulación de electrones en las cáscaras basándose en la palabra alemana para construir, ya que Bohr también hablaba con fluidez el alemán.

Principio de exclusión de Pauli

Pauli propuso en 1924 un nuevo grado de libertad cuántico (o número cuántico) con dos valores posibles, para resolver las incoherencias entre los espectros moleculares observados y la teoría de la mecánica cuántica en desarrollo. Formuló el principio de exclusión de Pauli, quizá su trabajo más importante, que afirmaba que no podían existir dos electrones en el mismo estado cuántico, identificado por cuatro números cuánticos, incluido su nuevo grado de libertad de dos valores. La idea del espín surgió de Ralph Kronig. Un año más tarde, George Uhlenbeck y Samuel Goudsmit identificaron el nuevo grado de libertad de Pauli como el espín del electrón, en el que Pauli se negó erróneamente a creer durante mucho tiempo.


En 1926, poco después de que Heisenberg publicara la teoría matricial de la mecánica cuántica moderna, Pauli la utilizó para derivar el espectro observado del átomo de hidrógeno. Este resultado fue importante para asegurar la credibilidad de la teoría de Heisenberg.

Portada del libro de Pauli Exclusion principle and Quantum mechanics
Portada del libro de Pauli Exclusion principle and Quantum mechanics

Pauli introdujo las matrices de Pauli de 2 × 2 como base de los operadores de espín, resolviendo así la teoría no relativista del espín. A veces se dice que este trabajo, incluida la ecuación de Pauli, influyó en Paul Dirac en su creación de la ecuación de Dirac para el electrón relativista, aunque Dirac dijo que él mismo inventó estas mismas matrices de forma independiente en su momento. Dirac inventó matrices de espín similares, pero más grandes (4×4) para utilizarlas en su tratamiento relativista del espín fermiónico.

Desintegración beta

En 1930, Pauli consideró el problema de la desintegración beta. En una carta del 4 de diciembre dirigida a Lise Meitner y otros, que comenzaba así: «Estimados señores y señoras radiactivos», propuso la existencia de una partícula neutra no observada hasta entonces con una masa pequeña, no superior al 1% de la masa de un protón, para explicar el espectro continuo de la desintegración beta. En 1934, Enrico Fermi incorporó a su teoría de la desintegración beta esta partícula, a la que llamó neutrino, «pequeño neutro» en el italiano de Fermi. El neutrino fue confirmado experimentalmente por primera vez en 1956 por Frederick Reines y Clyde Cowan, dos años y medio antes de la muerte de Pauli. Al recibir la noticia, respondió por telegrama: «Gracias por el mensaje. Todo llega a quien sabe esperar. Pauli».


Otros aportes

En 1940, Pauli volvió a deducir el teorema del espín-estadístico, un resultado crítico de la teoría cuántica de campos que establece que las partículas con espín semientero son fermiones, mientras que las partículas con espín entero son bosones.

Sello postal Austriaco en honor a Wolfang Pauli
Sello postal Austriaco en honor a Wolfang Pauli

En 1949 publicó un artículo sobre la regularización de Pauli-Villars: la regularización es el término que designa las técnicas que modifican las integrales matemáticas infinitas para hacerlas finitas durante los cálculos, de modo que se pueda identificar si las cantidades intrínsecamente infinitas de la teoría (masa, carga, función de onda) forman un conjunto finito y, por tanto, calculable, que puede redefinirse en términos de sus valores experimentales, criterio que se denomina renormalización, y que elimina los infinitos de las teorías de campos cuánticos, pero también permite, de manera importante, el cálculo de las correcciones de orden superior en la teoría de perturbaciones.

Pauli criticó repetidamente la síntesis moderna de la biología evolutiva, y sus admiradores contemporáneos señalan los modos de herencia epigenética como apoyo a sus argumentos.


Pauli fue elegido miembro extranjero de la Royal Society (ForMemRS) en 1953 y en 1958 se convirtió en miembro extranjero de la Real Academia de las Artes y las Ciencias de los Países Bajos.

Curiosidades sobre Wolfang Pauli

El efecto Pauli debe su nombre a su anecdótica capacidad de romper los equipos de laboratorios con sólo estar cerca de ellos. Pauli era consciente de su reputación y se alegraba cada vez que se manifestaba el efecto Pauli. Estos extraños sucesos estaban en consonancia con sus controvertidas investigaciones sobre la legitimidad de la parapsicología, en particular su colaboración con C. G. Jung sobre la sincronicidad. Max Born consideraba a Pauli «sólo comparable al propio Einstein… quizás incluso mayor». Einstein declaró a Pauli su «heredero espiritual».

Pauli tenía fama de ser un perfeccionista. Esto se extendía no sólo a su propio trabajo, sino también al de sus colegas. Por ello, se le conocía en la comunidad física como la «conciencia de la física», el crítico al que sus colegas debían rendir cuentas. Podía ser mordaz en su rechazo de cualquier teoría que considerara deficiente, a menudo calificándola de ganz falsch, «totalmente errónea».


Pero ésta no era su crítica más severa, que reservaba para las teorías o tesis tan poco claras que no se podían probar o evaluar y que, por tanto, no pertenecían propiamente al ámbito de la ciencia, aunque se presentaran como tales. Eran peor que erróneas porque no se podía demostrar que lo eran. Famosamente, una vez dijo de un documento tan poco claro: «¡Ni siquiera está equivocado!»

Su supuesto comentario al conocer a otro destacado físico, Paul Ehrenfest, ilustra esta noción de un Pauli arrogante. Ambos se encontraron por primera vez en una conferencia. Ehrenfest conocía los trabajos de Pauli y estaba bastante impresionado con ellos. Tras unos minutos de conversación, Ehrenfest comentó: «Creo que me gusta más su artículo de la Enciclopedia [sobre la teoría de la relatividad] que usted», a lo que Pauli replicó: «Es extraño. Conmigo, en lo que respecta a usted, es justo lo contrario». Los dos se hicieron muy buenos amigos a partir de entonces.

Para más información Wolfgang Pauli – nobelprize.org


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