Именно в Гамбурге Паули объявил об открытии принципа исключения, который сегодня считается одним из краеугольных камней атомной физики. Даже в такой момент дух Паули оживлял серьёзность открытия, которое он в шутку назвал «надувательством». И действительно, некоторые из коллег-физиков с трудом смогли воспринять его заключения. Однако школьный друг Паули Вернер Гейзенберг (1901-1976) немедленно отправил ему радостное письмо в стиле «детской физики», признавая блестящие результаты:
Прочитал сегодня твою новую работу, и остался весьма доволен, поскольку ты поднял надувательство на доселе невиданный уровень. А если ты чувствуешь, что написал что-то, противоречащее предыдущим надувательствам, это всего лишь недоразумение, ибо надувательство, помноженное на надувательство, никогда не даст истины, и потому два надувательства не могут противоречить друг другу. Так что поздравляю тебя!!![23]
Конечно же, принцип исключения не был надувательством. Среди прочего, он дал возможность теоретически обосновать периодическую систему элементов. Анализируя спектральные линии атомов, Паули вывел принцип, объясняющий уникальность структуры электронной оболочки вокруг атомного ядра каждого химического элемента. Ключом к этому научному достижению стало понимание того, что электрон характеризуется четырьмя квантовыми числами, а не тремя, как считалось ранее. Подробное раскрытие понятия квантовых чисел выходит за рамки нашего разговора, достаточно будет сказать, что они определяют возможные энергетические состояния электрона в атоме. Четвёртое квантовое число — это так называемый спин (направление вращения) электрона.
В алхимии и в юнгианской психологии движение от трёх к четырём символизирует завершение или продвижение к центру. Великая работа (magnum opus) алхимиков состояла из четырёх этапов, описываемых так называемой Аксиомой Марии: один превращается в два, два в три, а три становится четырьмя — и единым. Юнг, проводя ассоциацию с современными сновидениями, считал движение от трёх к четырём символом внутреннего развития, известного как процесс индивидуации. Паули рассматривал своё открытие принципа исключения в этом свете.
Принцип Паули стал подтверждением модели атома, предложенной Бором. Однако еще предстояло сформулировать теорию для предсказания поведения субатомных частиц. Учёные, занимавшиеся этим вопросом, разделились на два лагеря: детерминистов и их противников. Копенгагенская школа, включавшая Бора, Гейзенберга и Паули, придерживалась квантовой теории, согласно которой единственное, что можно знать наверняка — вероятность субатомного явления. Паули называл это «статистической причинностью». Однако Эйнштейн настаивал на том, что квантовая теория неполна. Его убеждённость в том, что миром правит детерминизм, была почти религиозной: «Бог не играет в кости со Вселенной».
Существовала также проблема парадоксального корпускулярно-волнового дуализма света, которую Эйнштейн породил, сам того не желая. Бора эта идея вдохновила на формулирование принципа дополнительности, применимого ко всем явлениям на квантовом уровне. Например, парадокс корпускулярно-волнового дуализма решался с помощью дополнительности так: невозможно провести такой эксперимент, во время которого свет одновременно проявит себя и как волна, и как частица. Однако оба подхода необходимы и вместе, дополняя друг друга, позволяют полностью описать природу света. Паули, как и сам Бор, считал, что этот принцип применим и в жизни: необходимо рассматривать ситуацию с противоположных точек зрения, чтобы увидеть её целиком.
К 1927 году разработка квантовой теории, проходившая довольно сумбурно, завершилась. Хотя Паули не стал участвовать в создании точной формулировки, его вклад неоспорим. Тем временем Паули принял участие в долгосрочной программе исследований в области квантовой электродинамики вместе с Вернером Гейзенбергом, одним из её основателей.
Теперь Паули был готов обосноваться в академическом мире. Он отказался от должности в Лейпциге, очень «по-венски» прокомментировав, что Лейпциг не соответствует его культурным предпочтениям: «Кино и кабаре лишь частично отвечают моим запросам, а особенно не дотягивает театр»[24]. В 1928 году он выбрал Швейцарию для продолжения своей научной карьеры. В двадцать восемь лет Паули занял место профессора в Федеральном политехническом университете Цюриха (известном также как ETH — Eidgenossische Technische Hochschule — или просто Поли). Не считая временного пребывания в Соединённых Штатах в годы войны, с тех пор он жил в Цюрихе.