在量子力学诞生的那一年,沃尔夫冈·泡利在奥地利的维也纳呱呱坠地。二十多年后,他成为量子力学的先驱者之一,是一个颇富特色的理论物理学家。泡利的教父,是被鼎鼎有名的被爱因斯坦尊称为老师的马赫。在高中毕业时,年轻的泡利就表现出过人的聪明,发表了他的第一篇科学论文。后来,泡利刚进大学便直接投靠到索末菲门下,以中学生的身份成了慕尼黑大学年龄最小的研究生。
泡利在21岁的时候为德国的《数学科学百科全书》写了一篇237页纸的有关狭义和广义相对论的文章,不仅令索末菲对他刮目相看,也得到爱因斯坦的高度赞扬和好评。爱氏曰:“该文出自21岁青年之手,专家皆难信也!其深刻理解力、推算之能力、物理洞察力、问题表述之明晰、系统处理之完整、语言把握之准确,无人不钦羡也!”也许如泡利这种天才,更适合做一个严格的评判者。
泡利善挑毛病,在物理学界以犀利和尖刻的评论而著称,丝毫不给人留面子。
1925年,25岁的泡利,为了解释反常塞曼效应,提出了“泡利不相容原理”,这是原子物理的最基本原理,也是量子力学的重要基础。塞曼效应指的是在外磁场的作用下,原子光谱线由1条分裂成3条的现象。这一效应由荷兰物理学家塞曼于1896年发现。同是荷兰物理学家的洛伦兹,用经典电磁理论解释了这种现象。他认为,能级发生分裂是由于电子的轨道磁矩方向在磁场作用下发生改变,使得每条谱线分裂成间隔相等的3条谱线。
泡利提出的不相容原理,与自旋的概念只有一步之遥,但颇为奇怪的是,他不仅自己没有跨越这一步,还阻挡了别的同行(克罗尼格)提出“自旋”。从泡利引入的四个量子数的取值规律来看,自旋的概念已经到了呼之欲出的地步,因为从四个量子数得到的谱线数目正好是原来理论预测数的两倍。这两倍从何而来?或者说,应该如何解释刚才我们说过的“总角量子数j等于l加(减)1/2”的问题?这个额外1/2的角量子数是什么?
泡利过于聪明和自负,又不在乎学术上的桂冠和名声,因此错过了不少“首次发现”的机会,刚才所说的“自旋和全同粒子”即是一例。据说泡利在海森堡之前提出了测不准原理,狄拉克也承认泊松括号量子化最早是由泡利指出的。杨振宁在1954年2月,应邀到普林斯顿研究院作杨-米尔斯规范场论的报告时,泡利提出了一个尖锐的“质量”问题,使杨振宁难以回答。
1945年,诺贝尔物理奖终于颁发给了泡利。
对于泡利来说,等待的时间太长了,二十年前他就应该得到诺贝尔奖了,在他之前,他的朋友甚至晚辈纷纷获得了诺贝尔奖。为了庆祝这个迟来的诺贝尔奖,普林斯顿高等研究院为泡利开了庆祝会,爱因斯坦专门在庆祝会上演讲致辞。泡利后来写信给玻恩回忆这一段,说:“我永远也不会忘记1945年当我获得诺贝尔奖之后,他(爱因斯坦)在普林斯顿所作的有关我的讲话。那就象一位国王在退位时将我选为了如长子般的继承人。”