Abstract Der Aufsatz behandelt im ersten Teil die Lage der theoretischen Physik und die Krise der älteren Quantentheorie bis in die 20er Jahre, Paulis Studium in München bei Sommerfeld und seine Assistentenzeit bei Born in Göttingen bis zu seinem Fortgang nach Hamburg.
Der Tod WOLFGANG PAULIS hat unter uns eine Lücke gerissen, die niemand ausfüllen kann.Wenn ich auf die Bitte der Herausgeber hier einige Erinnerungen an ihn aufschreibe, so möchte ich nicht in erster Linie über seine größeren wissenschaftlichen Arbeiten sprechen; sie sind ein Denkmal, das er sich in unser aller Bewußtsein gesetzt hat.Auch und gerade den Jüngeren unter uns sind sie wohlbekannt, und sie werden dauern.Vielleicht darf ich versuchen, stattdessen etwas von der unvergleichlichen und so schwer zu fassenden Person aufzuzeichnen, die wir nun nicht mehr unter uns sehen werden.Wer gegen Ende der Zwanziger jähre theoretische Physik zu studieren begann, für den bedeutete der Autorenname W. PAULI JR., dessen Träger damals etwa 30 Jahre alt war, schon so etwas wie einen Klassiker.PAULIS Enzyklopädie-Artikel über die Relativitätstheorie, den er auf Anregung seines Lehrers SOMMERFELD schon als Student, angeblich im zweiten Semester, geschrieben hatte, ist bis zum heutigen Tag in seiner Klarheit und Präzision wohl nicht übertroffen.PAULIS eigene Forschung galt fast ausschließlich der Atomphysik.Er gehörte mit HEISENBERG, DIRAC, FERMI und JORDAN ZU jener erstaunlichen Generation von "jungen Quantentheoretikern", die um 1925 im Durchschnittsalter von 25 Jahren der Quantenmechanik die endgültige Form gaben.Sie stammten aus den Schulen von München, Göttingen und Cambridge; ihr Mittelpunkt war NIELS BOHRS Institut in Kopenhagen.PAULIS bekanntester eigener Beitrag wurde das Ausschließungsprinzip (1924).In ihm zeigt sich schon eine eigentümliche Stärke des PAULischen Denkens, das Interesse für die genaue Abzählung bestehender Möglichkeiten, für Faktoren 2 und für Vorzeichen, die man nach seinem eigenen Wort nicht wissen kann, sondern rechnen muß.In seinem Artikel über Quantentheorie in der 1. Auflage des Blauen Handbuches (1925) vollbrachte er das Kunstwerk, unmittelbar vor der Auffindung der Quantenmechanik, also mit scheinbar noch unzureichenden Hilfsmitteln, praktisch jede physikalische Frage richtig zu beantworten.Von seinem entsprechenden Artikel in der 2. Auflage (1933) soll er gesagt haben, so gut wie der erste werde er nicht, aber immer noch der beste Artikel über dieses Gebiet.Jedenfalls hat man ihn vor wenigen Jahren mit nur geringen Kürzungen und wohl ohne Änderungen nachdrucken können.
ZusammenfassungDie Geschichte der Entdeckung des Ausschließungsprinzips, für die mir im Jahre 1945 die Ehre der Verleihung des Nobelpreises zuteil geworden ist, reicht bis in meine Studentenjahre in München zurück. Nachdem ich mir schon als Schüler in Wien einiges Wissen in der klassischen Physik und von Einsteins damals neuer Relativitätstheorie erworben hatte, geschah es an der Universität München, daß ich durch Sommerfeld in den — vom Standpunkt der klassischen Physik aus etwas sonderbaren — Bau des Atoms eingeführt wurde. Mir wurde der Schock nicht erspart, den jeder Physiker, an die klassische Denkweise gewohnt, erhielt, als er zuerst Bohrs „Grundpostulat der Quantentheorie“ kennen lernte. Es gab damals zwei Wege, auf denen man sich den schwierigen mit dem Wirkungsquantum verknüpften Problemen nähern konnte. Der eine bestand in dem Bemühen, eine abstrakte Ordnung in die neuen Gedanken zu bringen, indem man nach einem Schlüssel zur Übersetzung der klassischen Mechanik und Elektrodynamik in die Quantensprache suchte, die eine logische Verallgemeinerung jener wäre. In diese Richtung zielte Bohrs Korrespondenzprinzip. Sommerfeld dagegen zog angesichts der Schwierigkeiten, die sich dem Gebrauch der auf kinematische Modelle bezüglichen Begriffe entgegenstellten, eine Deutung der Spektralgesetze mit Hilfe ganzer Zahlen vor, indem er, wie einst Kepler bei seiner Untersuchung des Planetensystems, einem inneren Gefühl für Harmonie folgte. Beide Methoden, die mir nicht unversöhnlich zu sein schienen, beeinflußten mich. Die Folge der ganzen Zahlen 2, 8, 18, 32, ..., die die Längen der Perioden im Periodischen System der Elemente angeben, wurde in München eifrig diskutiert, einschließlich der Bemerkung des schwedischen Physikers Rydberg, daß diese Zahlen die einfache Gestalt 2n 2 haben, wenn n die Reihe der ganzen Zahlen durchläuft. Sommerfeld versuchte insbesondere, die Zahl 8 mit der Zahl der Ecken eines Würfels zu verknüpfen.
In den Jahren unmittelbar vor dem Entstehen der Quantenmechanik 1925/26 harrte neben anderen eine Gruppe von Problemen ihrer Lösung, die in wesent- liehen Zügen auch schon vor dem Umschwung, den die Quantenmechanik brachte, zugänglich waren: die Feinstruktur der Spektralterme, insbesondere die Multiplettstruktur, ihre Aufspaltung im Magnetfeld und der Abschluß der Elektronen- schalen im Atom mit dem daraus resultierenden Aufbau des Periodensystems der Elemente.Die unübersichtliche Lage in der Atomphysik vor 1925 komplizierte die Entwicklung, denn man versuchte gleichzeitig die erstrebten Grundlagen einer neuen Quantentheorie zu schaffen und die Lösung der genannten Probleme zu erreichen.Auf diesem Wege entstanden das Ausschließungsprinzip und das Konzept des Elektronenspins.Einer der Hauptbeteiligten an dieser Entwicklung war Wolfgang Pauli.Obwohl er mit seinem Ausschließungsprinzip die Quantentheorie ein beträchtliches Stück vorangetrieben und auch den Boden für das Spin-Konzept bereitet hatte, konnte er sich lange nicht dazu entschließen, diesen nächsten Schritt, den andere tun mußten, zu vollziehen.Die Entwicklung der Paulischen Anschauungen erfolgte hier nicht linear, wie man es auf Grund seiner publizierten Arbeiten rekonstruie- ren könnte (1, 2-7).Vielmehr läßt sich bei Pauli ein ganz anderer Prozeß fest- stellen: die neue Theorie stieß bei ihm nicht etwa wegen ihres revolutionären Charakters auf Ablehnung; sie war im Gegenteil in seinen Augen nicht genügend revolutionäralso eine genaue Umkehrung des üblichen Schemas für die Akzep- tierung neuer Theorien.Dieser ungewöhnliche Prozeß läßt sich mit LIilfe der er- halten gebliebenen wissenschaftlichen Korrespondenz Paulis verstehen und in seinen LIintergründen und Argumentationsweisen aufhellen (8).Die Entwicklung des Spin-Konzepts ist eng verknüpft mit der Entstehung des Paulischen Ausschließungsprinzips. Einen Schlüssel zum Verständnis dieser Entwicklung bietennach seinem eigenen Zeugnis -Paulis frühe Arbeiten zum anomalen Zccmancffekt, der hartnäckig allen Deutungsversuchen mit Hilfe der älteren Quantentheorie widerstanden hatte.Pauli befaßte sich seit dem Herbst 1922 intensiver mit diesem ungelösten Problem, gerade in der Zeit, in der Alfred Lande erste Erfolge bei der Ordnung der Multipletts und ihrer Zeemaneffekte erzielte (9).Die ersten Schritte in dieser Richtung unternahm Pauli gemeinsam mit Niels Bohr, seinem Lehrer in Kopenhagen, mit dem er im Frühjahr 1923 eine Arbeit darüber publizieren wollte.Sie hofften darin, in einem «Verzweif-
Im November 1983 trafen sich ehemalige Schüler und Freunde Wolfgang Paulis in seiner Vaterstadt Wien, um seinem Hinschied vor 25 Jahren zu gedenken. Obschon Pauli bei allen, die ihn näher gekannt hatten, in großer Verehrung stand und unter seinen Fachkollegen den Ruf genossen hatte, “das lebende Gewissen der theoretischen Physik“1 (daher der Titel des vorliegenden Buches) und „ein Meister der Kritik“2 zu sein, ist er außerhalb der Physik weniger bekannt wie seine gleich berühmten Zeitgenossen Bohr, Heisenberg und andere.3 Er war eben trotz seiner bedeutenden Rolle als Mitbegründer der modernen Quantenmechanik doch eher ein Bewahrer als ein Revolutionär gewesen.4 Er war es, der in Diskussionen und in einer ausgedehnten Korrespondenz (Pauli [1979/85], siehe dazu den Beitrag I,3 von K. von Meyenn) immer wieder die wesentlichen Fragen formulierte und Antworten im Rahmen des schon gesicherten Wissens suchte. Die Ambition, alle seine Ideen selber auszuwerten und zu publizieren lag ihm fern; er konnte sich über geglückte Arbeiten anderer genau so freuen wie über eigene. Diese echte Bescheidenheit kommt in seiner Autobiographie (II, 1) sehr schön zur Geltung.
Heisenberg — Student bei Sommerfeld und Born — gehörte zum Kreis junger und talentierter Physiker, die mit Bohr und Born frühzeitig die Auffassung vertraten, man müsse nach einer neuen Mechanik suchen, welche im atomaren Bereich an die Stelle der klassischen Newtonschen Mechanik treten könne und für die Makrophysik korrespondenzmäßig in diese übergehe. Seit dem Sommersemester 1924 sprach man in Borns Seminar in Göttingen bereits von der neuen Quantenmechanik und diskutierte verschiedene Ansätze, die später wieder aufgegeben werden mußten. Ähnlich ging man im Kopenhagener Institut für theoretische Physik bei Bohr vor. Daraus mußten Spannungen zur Münchner Gruppe von Sommerfeld erwachsen, wo man bereits davon überzeugt war, die Umrisse der neuen Theorie zu besitzen.
Die Aufstellung des Planckschen Strahlungsgesetzes um die Jahrhundertwende bedeutet den Beginn einer einzigartigen Krise in der theoretischen Physik, deren Beendigung wir auch heute noch nicht vorauszusehen vermögen. Die Anfänge ihrer Frucht, der Quantentheorie, finden sich diesem Ausgangspunkte gemäß in V 23: Theorie der Strahlung von W. Wien behandelt, welche Darstellung dem eigentlichen Thema des vorliegenden Artikels historisch daher am nächsten steht. Die neuere Entwicklung hingegen, gekennzeichnet durch die Namen Einstein, Bohr, Sommerfeld, hat die Quantentheorie im wesentlichen immer deutlicher zu einer Theorie der Materie fortgebildet; als Inbegriff molekularer Gesetzmäßigkeiten ist sie dadurch nicht nur in Beziehung zu den makroskopischen Gesetzen der gesamten Massischen*) Physik getreten, sondern hat auch — worauf es hier allerdings nicht ankommen wird — in mancherlei Hinsicht; die Chemie der Physik tributpflichtig gemacht.