物理|著名物理学家缘何被禁止进入实验室？_教育

【物理|著名物理学家缘何被禁止进入实验室？】今天要讲的主要内容是以著名的物理学家来命名的著名的非物理学现象——泡利效应。
虽然听着“泡利效应”似乎有点物理学的味道，但是这个效应本身，不能说与物理学不太相关，可以说是毫无瓜葛。

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年轻时的泡利（来源：W Weis, Vienna (Austria)）
泡利是谁？
相信接触过原子物理的同学们，对泡利这位学者一定不陌生。因为，估计谁也忘记不了被费米子和泡利不相容原理支配的恐惧。
没错，本文的主角就是那位著名的物理学家：沃尔夫冈·泡利（Wolfgang E.Pauli ， 1900-1958）。他出生于奥地利一个知识分子家庭，父亲是化学教授；教父是著名的物理学家、哲学家，被爱因斯坦称为“相对论先驱”的恩斯特·马赫（Ernst Mach ， 1838?1916）。从小被学术氛围中熏陶的泡利，注定将拥有不凡的人生。
1918年，刚刚中学毕业的泡利，拿着父亲的推荐信去了慕尼黑大学，找到了物理学家索末菲。泡利不想读大学，便直接申请读索末菲的研究生。
更让人不可思议的是，泡利的研究生期间仅用了3年，年仅21岁的泡利便顺利获得了博士学位。所谓：学神考100分是因为试卷满分就是100分。其实，要不是学校规章要求了读研究生至少需要3年，泡利可能会毕业得更早。
1925年1月， 25岁的泡利在汉堡大学任教期间，提出了著名的泡利不相容原理，这个理论的内容大概就是在由费米子组成的体系中不可能有两个或两个以上的粒子同时处于相同的单粒子态。
费米子是啥？专业点说就是自旋量子数取半奇数(1/2 ， 3/2 ， …)的粒子，自旋量子数的取值则只依赖于粒子的种类。其中，电子、质子、中子等都是典型的费米子。除了费米子，另一种典型的粒子是玻色子，玻色子的自旋量子数是整数。其中，光子就是一种典型的玻色子，它的自旋量子数是1 。

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（决战量子之巅，来源：红色山西网）
泡利不相容原理也为原子物理的发展奠定了重要基础。所以，荣誉可能会迟到，但永远不会缺席。因为泡利不相容原理这一成果，在1945年，泡利终于获得了来自瑞典皇家科学院的诺贝尔物理学奖。
泡利效应
言归正传，今天不讲泡利不相容原理的具体内容，也不讲泡利不相容原理对物理学发展史的贡献，今天要讲的主要内容是一个泡利在非物理领域有广泛影响力的著名现象——泡利效应。而且，据说泡利自己对“泡利效应”也是深信不疑。

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（吃瓜，来源：www.dianping.com）
关于“泡利效应”一词缘何而起，又如何广为人知，我们不得而知。不过，坊间传闻，这一词起源于泡利自己的实验室。据说，当泡利在实验室的时候，他们实验室总会出现一些“超自然的现象” ，比如仪器设备出现莫名其妙的故障，实验出现奇奇怪怪的问题。随着这种效应的持续，泡利效应逐渐声名远播。
后来又有一次，是在1950年，泡利去普林斯顿大学访问，那里的回旋加速器莫名其名的起了大火，大火足足烧了半天，直至加速器烧毁。
而在随后的时间里，越来越多的事情，不仅仅是在实验设备上，而是波及到了很大的范围，因为在泡利在场之时，还不止一次出现了身旁人的椅子腿莫名折掉的事件。当然，泡利自己从不受伤，因为泡利效应的基本理论之一是“受害者”从不是泡利本人。

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（害怕，来源：搜狐网）
接二连三的离奇事件，逐渐“坐实”了泡利效应的威力。以至于泡利的好朋友、实验物理学家奥托·斯特恩（Otto Stern ， 1888~1969）曾甚至禁止泡利参观他的实验室，因为他害怕泡利的到来会引发那些超自然的现象。
但随后的几件事证明，斯特恩似乎是低估了泡利效应的威力！
有次，哥廷根大学的几间实验室的设备莫名出现了故障，这其中也包括泡利的老朋友、著名的实验物理学家詹姆斯·弗兰克（James Franck ， 1882-1964）的设备。因为他们认为泡利有充分的不在场证明，弗兰克便在给泡利的信中写到，这次实验室事故和他无关了吧。
但是后来，弗兰克收到了泡利的回信后哭笑不得。因为泡利称，通过自己的详细计算，在弗兰克实验室出事故时，自己乘坐的从苏黎世到哥本哈根的火车正巧在哥廷根的火车站台停了一会。泡利效应的能力似乎已经到了可以实现远距离攻击的地步。
估计那时的弗兰克满脑子都是一句话：我对“泡利”的力量一无所知！！！

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（自然的力量，来源：百度图库）
泡利的遗憾
从索尔维会议大合照上，就不难发现泡利那不羁的性格。泡利乐于且善于评论他人，一生diss他人无数，更以“毒舌”著称；但这些批评大都一针见血，也给物理学的发展做出了不小的贡献。这也导致那时的很多学者都认为，来自泡利的批评是对这项研究的意义的肯定；而泡利的不反对，就是相当于是得到了物理学界的认可。
人非圣贤，孰能无过。乐于发表意见的泡利，也出现了两次重大的错误。一个是关于电子自旋假说。因为他极力反对的态度，在拉尔夫·克勒尼希（Ralph Kronig）提出这个假说之后都没敢公开，也直接导致了在那之后的很长一段时间里，更多物理学家对这个假说的质疑之声。

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（电子自旋，来源：The field meaning of wave function）
泡利的第二个错误是对宇称不守恒的反对。而且在他的学生吴健雄要和李政道、杨振宁共同研究宇称不守恒时，泡利还持了极度反对的意见。后来这三位华人的研究成果，又给自信的泡利狠狠的上了一课。

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（泡利和吴健雄。来源：cern.ch）
除了在物理学上的遗憾，泡利27岁之后的家庭生活也不那么美丽，这也许也是他有时表现出过于强势自信、对“泡利效应”深信不疑的原因。（关于这部分内容感兴趣的小伙伴请自行查询）
而关于泡利效应，虽然也许就是巧合的叠加，那些奇怪的传闻也可能和泡利跌宕的个人经历有着难以言说的关联。但不论怎样，泡利仍然是那个时代被公认的最聪明的物理学家之一。
参考文献：
[1] 卢昌海. 泡利效应趣谈. [ONLINE] Available at: https://www.changhai.org/articles/science/misc/pauli_effect.php. 2018-12-14.
[2]这个毒舌的“仪器杀手”改变了物理学.[ONLINE] Available at: https://m.sohu.com/a/283334780_472787.
[3]一静. 泡利和电子自旋[J]. 现代物理知识, 1992(5):26.
[4]吴昌华. 人类探索基本粒子的足迹[A]. 中国力学学会、北京理工大学.中国力学大会-2017暨庆祝中国力学学会成立60周年大会论文集（C）[C].中国力学学会、北京理工大学:中国力学学会,2017:12.
来源：中国科学院半导体研究所

编辑：dogcraft

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