比上帝還挑剔

嶄露頭角

1900年4月25日，沃爾夫岡·泡利在奧地利首都維也納出生。他的父親是維也納大學的化學教授，母親是一位作家。泡利一家篤信天主教，他的教父就是當時著名的物理學家、哲學家恩斯特·馬赫。正是這樣優越的條件，使泡利從小就受到了良好的教育，為他以后的成長打下了堅實的基礎。

勤于思考、敏而好學是泡利最顯著的特點。他從來不滿足于從課堂上學到的知識，也不受學校功課的束縛，而是自己積極地拓寬知識面。上中學時，泡利就對當時鮮為人知的愛因斯坦的廣義相對論產生了濃厚的興趣，以至于在課堂上，他也偷偷地閱讀。

高中畢業后，泡利拿著父親的信找到穆尼和大學著名的物理學家索末菲，提出不上大學就直接讀研究生?？丛诤糜训姆萆?，索末菲沒有拒絕，他以為這個年輕人到時候自然會知難而退。出乎意料的是，他發現泡利比周圍的研究生還要優秀。恰在此時，德國準備出版一本百科全書，介紹愛因斯坦相對論的任務，便委托給了索末菲。索末菲轉手把這項任務交付給了泡利。泡利立即展開了工作，在較短的時間內就完成了一篇長達250頁的專題論著。在文中，他以清新曉暢的文筆評述了廣義相對論的數學基礎及其物理意義，闡明了這一學科中最微妙的論證的深刻含義，并且在不少有爭議的問題上大膽發表了自己獨到的見解。后來，這篇論文被刊登在德國學界久負盛名的《哲學學報》上，泡利在學術界嶄露頭角，綻放光彩。

后來，愛因斯坦看過泡利的論著后說：“任何該領域的專家都不會相信，該文出自一個僅21歲的青年之手，作者在文中顯示出來的對這個領域的理解力、熟練的數學推導能力、對物理深刻的洞察力、使問題明晰的能力、系統的表述、對語言的把握、對該問題的完整處理，是任何一個人都會感到羨慕的?！迸堇趯W生時代就已展露了他的不同凡響的科學才華，引起了一些著名物理學家的注意。

1921年，泡利從慕尼黑大學畢業。他在當時德國學制所允許的最短期限(6個學期)內以最高的畢業評分獲得了理論物理學的博士學位。在隨后的兩年多時間里，他又分別求教了當時著名物理學家馬克斯·玻恩和尼爾斯·玻爾，使其理論知識和治學方法更加成熟了。此后，他走上了獨立從事物理學研究的道路。

發現不相容原理

1900年，德國物理學家普朗克提出了“能量子”的概念，標志著一個與經典物理學完全不同的領域——量子力學誕生了。這是一次人類對自然萬物認識水平的深化，同時也激化了新興學科與傳統觀念、原理之間的尖銳矛盾。而這一矛盾最為突出的表現就是圍繞“以太”存在與否問題的論爭。

“以太”是當時物理學對構成物質世界的最小單位的稱呼。在經典物理學家看來，“以太”是不可再分的，而且有著連續變化的特性，自然界的一切變化都是“以太”的特殊形態。然而，這一傳統觀念卻被在科學實驗中取得的一系列不連續現象的發現所打破。這一景觀被當時的人們稱為圍繞在經典物理學上空的“第一朵烏云”。物質世界的真實面貌究竟是什么樣的?物理學應當朝何處繼續發展?這給所有已經習慣于經典物理學思維方法的學者們留下了深深的思考。

起初，泡利也一度在經典物理學這一困境面前一籌莫展。他在給友人的信中寫道：“物理學混亂得可怕。無論如何，它對我來說是太困難了。我真希望我曾經是一個喜劇演員或者某種類似的人生，而從來沒有聽到過物理學?！比欢堇芸鞆睦Щ笾姓褡髌饋怼@構成自然界的粒子理論，他率先選取了反常塞曼效應作為研究的切入點。而這一研究，最終導致了他一生最卓越的發現——“不相容原理”。

反常塞曼效應，是塞曼效應中的一種復雜情況。所謂塞曼效應，是指1896年德國物理學家塞曼在萊頓發現的原子光譜線的分裂現象。在這一現象中，原子光譜線在磁場的作用下分裂成三條，有時分裂成三條以上。前者被稱為正常塞曼效應，后者被稱為反常塞曼效應。對反常塞曼效應成因的解釋，是科學界的一個難題。

1924年，經過緊張反復的思考、論證和實驗，泡利終于找到了“不相容原理”。這一原理能夠很好地解釋反常塞曼效應的成因及其物理、光學機制。泡利將這一原理反復推敲，并最終把它精練地表述為：“在一個原子當中，絕不可能存在兩個或多個等價電子，因為這些電子在強場中所有量子數n、R1、R2、m都取同值。如果有一個電子，它的這些量子數在強場中都具有確定的值，那么這個狀態就是‘被占態’?！边@年他才24歲!后人也把這個原理稱為泡利原理。

根據這一原理，泡利指出，在塞曼效應中，原子光譜線分裂的根本原因不應該從原子的結構中去找，而應該到電子的運動中去找。他假設了“在電子的量子論性質”中有一種“在經典上無法描述的二值性質”，因而，對于一個電子的運動態不能像前人一樣用兩個量子數，而應該用四個量子數來表示。這就使人們能非常準確地計算出在原子光譜線分裂中的電子運動態，從而極大地推動了量子理論的發展。

不相容原理被稱為量子力學的主要支柱之一，是自然界的基本定律，它使得當時所知的許多有關原子結構的知識變得條理化。人們可以利用泡利引入的第四個、表示電子自旋的量子數，把各種元素的電子按殼層和支殼層排列起來。并根據元素性質主要取決于最外層的電子數(價電子數)這一理論，對門捷列夫元素周期律給以科學的解釋。

在不相容原理被發現的20年當中，隨著“電子自旋”概念的確立和描述基本粒子運動方法的進一步完善，這一原理的應用范圍已擴大到了更多的基本粒子和核子，其正確性和普遍性反復被證實。正是因為有了這一原理，對元素周期表的完整解釋才成為可能，費米量子統計方法也得以創立。有人認為，這一原理的發現是量子理論大廈“封頂”的標志。之后，海森堡等人的論文接二連三地發表，最終導致了在數學上一致的量子力學的創立。1945年，諾貝爾物理學獎授予給了泡利。

上帝的鞭子

泡利是一個天份很高的科學家，也是一個勤奮、嚴謹的人。上中學時，老師課堂上的講授就已經無法滿足他驚人的理解力和旺盛的求知欲了。于是，他很早就開始了比較系統的自學。他嚴格地恪守自己制定的學習計劃，即使在假期當中，別人都在放松、休息，而他仍在讀書直至深夜。在哥本哈根向玻爾求教的日子里，他的勤奮甚至引起了當地居民的不安。泡利不僅在時間上這樣嚴格要求自己，而且在工作的內容上也是如此。他要求自己做真正有意義的工作，而以做那些“容易出成果”的事為恥。

泡利在學術討論中是以語言犀利著稱的。在一次聆聽愛因斯坦的演講時，泡利坐在最后一排座位。他問題火力之猛，連愛因斯坦都招架不住。據說此后演講，愛因斯坦的眼光都要特別掃過最后一排，查驗有無熟悉的身影出現。

一次，在意大利物理學家塞格雷(后來發現反質子)的報告之后，泡利說：“我從來沒有聽過像你這么糟糕的報告?！比窭滓谎晕窗l。泡利想了一想，回身對同行的瑞士物理化學家布瑞斯徹說：“如果你來做報告，情況會更加糟糕。當然，你上次在蘇黎世的開幕式報告除外。”

在一次他做主席的報告會上，他就毫不客氣地批評一位報告人說：“根據我的觀點，我們剛剛聽完的這篇論文毫無價值。如果這位報告人是會議主席的話，他也會第一個得出這個結論。”

對于自己的這種刻薄，泡利自有道理：“我不反對思考得慢，但反對說得比思考得快。”一位學生把自己寫的論文送給老師泡利看后，得到的答復是：“這論文不僅不正確，甚至連錯誤都算不上。”還有泡利的師弟海森堡，這個1932年的諾貝爾物理學獎得主，也經常被泡利責備批評。

泡利就是這樣地敢愛敢恨，然而，這一切都指向一個目的，這就是“科學的真理”。因此，很多人戲稱泡利為“上帝的鞭子”。

這個發現了“泡利不相容原理”的人，似乎處處與人不相容。然而，泡利的那些批評，并沒有帶來人們對他的怨恨。人們認為，泡利不講憐憫，不動感情，批評尖刻，但經常于人有益。一則笑話說，泡利死后去見上帝，上帝把自己對世界的設計方案給他看，泡利看完后聳聳肩說道：“你本來可以做得更好些……”

1958年秋，正當泡利的研究工作蒸蒸日上時，他卻患上了重病。1958年12月5日，泡利病逝。他唯一的遺憾就是，沒有做出像愛因斯坦那樣偉大的工作。在他的葬禮上，玻爾動情地說：“我們永遠是從泡利的評論中獲益匪淺的。”

除了在相對論和不相容原理上的貢獻之外，泡利的許多科學創見和發現至今仍然有著重要的影響，如泡利矩陣、“中微子”的存在思想等等。正如有位傳記作家所指出的那樣：“幾乎在理論物理學的每個領域里，都留下了泡利的巨大影響?！?/p>

在那個天才輩出、群雄并起的物理學史上最輝煌的年代，英年早逝的泡利仍然是夜空中最耀眼的幾顆巨星之一，以致在他死后很久，當物理學界又有新的進展時，人們還常常想起他：“不知道如果泡利還活著的話，對此又有什么高見。”