Сатьендра Нат Бозе FRS , член парламента [1] ( / ˈ b oʊ s / ; [4] [a] 1 января 1894 — 4 февраля 1974) — индийский математик и физик, специализирующийся на теоретической физике . Он наиболее известен своими работами по квантовой механике в начале 1920-х годов, в разработке основы статистики Бозе-Эйнштейна и теории конденсата Бозе-Эйнштейна . Член Королевского общества , он был награжден второй по величине гражданской наградой Индии, Падма Вибхушан , в 1954 году правительством Индии . [5] [6] [7]
Класс частиц, подчиняющихся статистике Бозе, — бозоны — был назван в честь Бозе Полем Дираком . [8] [9]
Эрудит , он имел широкий спектр интересов в различных областях, включая физику , математику , химию , биологию , минералогию , философию , искусство , литературу и музыку . После обретения независимости он работал во многих комитетах по исследованиям и разработкам в Индии. [10]
Бозе родился в Калькутте (ныне Калькутта) и был старшим из семи детей в бенгальской семье Каястха [11] . Он был единственным сыном, после него было шесть сестер. Его родовой дом находился в деревне Бара Джагулия, в округе Надия , в Бенгальском президентстве . Его обучение началось в пятилетнем возрасте недалеко от его дома. Когда его семья переехала в Гоабаган, его приняли в Новую индийскую школу. На последнем году обучения его приняли в индуистскую школу . Он сдал вступительные экзамены ( аттестат зрелости ) в 1909 году и занял пятое место в рейтинге заслуг. Затем он поступил на промежуточный курс естественных наук в Президентском колледже Калькутты , где его учителями были Джагадиш Чандра Бос , Сарада Прасанна Дас и Прафулла Чандра Рэй .
Бозе получил степень бакалавра наук по смешанной математике в Президентском колледже , заняв первое место в 1913 году. Затем он поступил в недавно созданный научный колледж сэра Ашутоша Мукерджи , где снова занял первое место на экзамене на степень магистра смешанной математики в 1915 году. Его оценки на экзамене на степень магистра создали новый рекорд в анналах Калькуттского университета , который еще предстоит побить. [12]
После получения степени магистра в 1916 году Бозе поступил в Научный колледж Калькуттского университета в качестве научного сотрудника и начал исследования теории относительности . Это была захватывающая эпоха в истории научного прогресса. Квантовая теория только появилась на горизонте, и уже начали поступать значительные результаты. [12]
Его отец, Сурендранат Бос, работал в инженерном отделе Ост-Индской железнодорожной компании . В 1914 году, в возрасте 20 лет, Сатьендра Натх Бос женился на Ушабати Гош, [3] [13] 11-летней дочери известного врача из Калькутты. [14] У них было девять потомков, двое из которых умерли в раннем детстве. Когда он умер в 1974 году, у него остались жена, два сына и пять дочерей. [12]
Будучи полиглотом , Бозе хорошо знал несколько языков, таких как бенгальский , английский, французский, немецкий и санскрит , а также поэзию лорда Теннисона , Рабиндраната Тагора и Калидасы . Он умел играть на эсрадже , индийском инструменте, похожем на скрипку. [15] Он активно участвовал в работе вечерних школ, которые стали известны как Институт рабочих. [7] [16]
Бозе посещал Индуистскую школу в Калькутте , а затем учился в Президентском колледже , также в Калькутте, получив самые высокие оценки в каждом учебном заведении, тогда как его сокурсник и будущий астрофизик Мегнад Саха занял второе место. [7] Он познакомился с такими учителями, как Джагадиш Чандра Бос , Прафулла Чандра Рэй и Наман Шарма, которые вдохновляли его стремиться к высоким целям в жизни. С 1916 по 1921 год он преподавал на физическом факультете Раджабазарского научного колледжа Калькуттского университета . Вместе с Сахой в 1919 году Бозе подготовил первую книгу на английском языке, основанную на немецких и французских переводах оригинальных статей Эйнштейна по специальной и общей теории относительности.
В 1921 году Сатьендра Натх Бос стал читателем кафедры физики недавно основанного Университета Дакки (на территории современной Бангладеш). [17] Бозе создал целые новые кафедры, включая лаборатории, для преподавания продвинутых курсов для магистров и бакалавров с отличием и преподавал термодинамику , а также теорию электромагнетизма Джеймса Клерка Максвелла . [18]
Бозе вместе с индийским астрофизиком Мегнадом Сахой , начиная с 1918 года, представил несколько статей по теоретической физике и чистой математике. В 1924 году, будучи преподавателем на физическом факультете Университета Дакки , Бозе написал статью, в которой вывел квантовый закон излучения Планка без каких-либо ссылок на классическую физику , используя новый способ подсчета состояний с идентичными частицами . Эта статья сыграла важную роль в создании важной области квантовой статистики . [19] Хотя статья не была принята к публикации сразу, он отправил ее непосредственно Альберту Эйнштейну в Германию. Эйнштейн, осознавая важность статьи, сам перевел ее на немецкий язык и представил от имени Бозе в Zeitschrift für Physik . В результате этого признания Бозе смог проработать два года в европейских рентгеновских и кристаллографических лабораториях, в течение которых он работал с Луи де Бройлем , Марией Кюри и Эйнштейном. [7] [20] [21] [22]
Читая лекцию [23] в Университете Дакки о теории радиации и ультрафиолетовой катастрофы , Бозе намеревался показать своим студентам, что современная теория неадекватна, поскольку она предсказывает результаты, не соответствующие экспериментальным результатам.
В процессе описания этого несоответствия Бозе впервые занял позицию, согласно которой распределение Максвелла-Больцмана неверно для микроскопических частиц, где флуктуации, обусловленные принципом неопределенности Гейзенберга, будут значительными. Таким образом, он подчеркнул вероятность обнаружения частиц в фазовом пространстве , каждое состояние которых имеет объем h 3 , и отбрасывания четкого положения и импульса частиц.
Бозе адаптировал эту лекцию в короткую статью под названием «Закон Планка и гипотеза квантов света» и отправил ее Альберту Эйнштейну со следующим письмом: [24]
Уважаемый сэр, я рискнул послать вам сопроводительную статью для вашего прочтения и мнения. Мне очень хотелось бы знать, что вы об этом думаете. Вы увидите, что я пытался вывести коэффициент 8π ν 2 / c 3 в законе Планка независимо от классической электродинамики, только предполагая, что предельная элементарная область фазового пространства имеет содержание h 3 . Я недостаточно знаю немецкий, чтобы перевести статью. Если вы считаете, что статья достойна публикации, я буду признателен, если вы организуете ее публикацию в Zeitschrift für Physik . Хоть я и совершенно незнаком с вами, я без колебаний обращаюсь с такой просьбой. Потому что мы все ваши ученики, хотя извлекаем пользу только из вашего учения через ваши сочинения. Я не знаю, помните ли вы еще, что кто-то из Калькутты попросил у вас разрешения перевести ваши статьи по теории относительности на английский язык. Вы согласились на запрос. С тех пор книга была опубликована. Я был тем, кто перевел вашу статью по общей теории относительности.
Эйнштейн согласился с ним, перевел статьи Бозе «Закон Планка и гипотеза квантов света» на немецкий язык и опубликовал их в Zeitschrift für Physik под именем Бозе в 1924 году. [25]
Причина, по которой интерпретация Бозе дала точные результаты, заключалась в том, что, поскольку фотоны неотличимы друг от друга, нельзя рассматривать любые два фотона, имеющие одинаковую энергию, как два различных идентифицируемых фотона. По аналогии, если бы в альтернативной вселенной монеты вели себя как фотоны и другие бозоны , вероятность рождения двух орлов действительно составляла бы одну треть (хвост-голова = орел-хвост).
Интерпретация Бозе теперь называется статистикой Бозе-Эйнштейна . Этот результат, полученный Бозе, заложил основу квантовой статистики и особенно новой революционной философской концепции неразличимости частиц, признанной Эйнштейном и Дираком. [25] Когда Эйнштейн встретился с Бозе лицом к лицу, он спросил его, знал ли он, что тот изобрел новый тип статистики, и тот очень откровенно ответил, что нет, он не настолько знаком со статистикой Больцмана . и не осознавал, что вел расчеты по-другому. Он был одинаково откровенен со всеми, кто спрашивал.
Эйнштейн тоже сначала не осознавал, насколько радикальным был уход Бозе, и в своей первой после Бозе работе он руководствовался, как и Бозе, тем, что новый метод дал правильный ответ. Но после второй статьи Эйнштейна, использующей метод Бозе, в которой Эйнштейн предсказал конденсат Бозе-Эйнштейна ( на фото слева ), он начал понимать, насколько радикальным он был, и сравнил его с дуализмом волны/частицы, заявив, что некоторые частицы не ведут себя точно так же, как частицы. Бозе уже представил свою статью в «Британский философский журнал» , который отклонил ее до того, как он отправил ее Эйнштейну. Неизвестно, почему оно было отклонено. [27]
Эйнштейн принял эту идею и распространил ее на атомы. Это привело к предсказанию существования явления, которое стало известно как конденсат Бозе-Эйнштейна , плотная совокупность бозонов (которые представляют собой частицы с целым спином , названные в честь Бозе), существование которых было продемонстрировано экспериментально в 1995 году.
После пребывания в Европе Бозе вернулся в Дакку в 1926 году. У него не было докторской степени, и поэтому обычно, согласно действующим правилам, он не мог претендовать на должность профессора, на которую претендовал, но Эйнштейн рекомендовал его. Затем он был назначен заведующим кафедрой физики Университета Дакки . Он продолжал руководить и преподавать в Университете Дакки и был там деканом естественного факультета до 1945 года.
Бозе сам разработал оборудование для лаборатории рентгеновской кристаллографии . Он создал лаборатории и библиотеки, чтобы сделать отдел центром исследований в области рентгеновской спектроскопии, дифракции рентгеновских лучей, магнитных свойств вещества, оптической спектроскопии, беспроводной связи и единых теорий поля . Он также опубликовал уравнение состояния реальных газов вместе с Мегнадом Саха .
Когда раздел Индии стал неизбежным (1947 г.), он вернулся в Калькутту (ныне известную как Калькутта) и преподавал там до 1956 г. Он настаивал на том, чтобы каждый студент разработал свое собственное оборудование, используя местные материалы и местных технических специалистов. После выхода на пенсию ему было присвоено звание почетного профессора . [20] [28] [7] Затем он стал вице-канцлером Университета Вишва-Бхарати в Шантиникетане . Он вернулся в Калькуттский университет, чтобы продолжить исследования в области ядерной физики и завершить предыдущие работы по органической химии. В последующие годы он занимался прикладными исследованиями, такими как добыча гелия в горячих источниках Бакрешвара . [29]
Помимо физики, он занимался исследованиями в области биотехнологий и литературы ( бенгальский и английский). Он занимался исследованиями в области химии , геологии, зоологии , антропологии , инженерии и других наук. Будучи бенгальцем , он посвятил значительное время продвижению бенгальского языка в качестве языка обучения, переводу на него научных работ и содействию развитию региона. [21] [30] [6]
В 1937 году Рабиндранат Тагор посвятил свою единственную книгу по науке « Вишва-Паричай » Сатьендре Натх Босу. В 1954 году правительство Индии удостоило Боса звания Падма Вибхушан . В 1959 году он был назначен национальным профессором, что является высшей наградой в стране для ученого, и занимал эту должность 15 лет. В 1986 году постановлением парламента правительства Индии в Солт-Лейк-Сити, Калькутта, был основан Национальный центр фундаментальных наук имени С.Н. Бозе . [31] [32]
Бозе стал советником недавно сформированного Совета по научным и промышленным исследованиям . Он был президентом Индийского физического общества и Национального института науки. Он был избран генеральным президентом Индийского научного конгресса . Он был вице-президентом, а затем президентом Индийского статистического института . В 1958 году он стал членом Королевского общества . Он был номинирован как член Раджья Сабха .
Партха Гхош заявил, что [7]
Работа Бозе стояла на переходном этапе между « старой квантовой теорией » Планка, Бора и Эйнштейна и новой квантовой механикой Шредингера , Гейзенберга , Борна , Дирака и других.
Бозе был номинирован К. Банерджи (1956), Д.С. Котари (1959), С.Н. Багчи (1962) и А.К. Дуттой (1962) на Нобелевскую премию по физике за вклад в статистику Бозе-Эйнштейна и единую теорию поля . Банерджи, заведующий кафедрой физики Аллахабадского университета , в письме от 12 января 1956 года написал Нобелевскому комитету следующее: «(1). Он (Боз) внес очень выдающийся вклад в физику, разработав статистику, известную под его именем. как статистика Бозе. В последние годы выяснилось, что эта статистика имеет огромное значение для классификации элементарных частиц и внесла огромный вклад в развитие ядерной физики . (2). За период с 1953 г. по настоящее время он сделал ряд весьма интересных вкладов, имеющих далеко идущие последствия в области унитарной теории поля Эйнштейна ». Работу Бозе оценил эксперт Нобелевского комитета Оскар Кляйн , который счел его работу недостойной Нобелевской премии. [33] [34] [35]
Бозоны , класс элементарных субатомных частиц в физике элементарных частиц, были названы Дираком в честь Сатьендры Натха Бозе в ознаменование его вклада в науку. [36] [37]
Хотя семь Нобелевских премий были присуждены за исследования, связанные с концепциями С.Н. Бозе о бозоне , статистике Бозе-Эйнштейна и конденсате Бозе-Эйнштейна , сам Бозе не был удостоен Нобелевской премии.
В своей книге «Научное преимущество» физик Джаянт Нарликар заметил:
Работа С.Н. Бозе по статистике частиц (около 1922 г.), которая прояснила поведение фотонов ( частиц света в закрытом помещении) и открыла дверь новым идеям статистики микросистем, подчиняющихся правилам квантовой теории, была одной из десять лучших достижений индийской науки 20-го века и могут быть причислены к Нобелевской премии. [38]
Когда самому Бозе однажды задали этот вопрос, он ответил: «Я получил все признание, которого заслуживаю» — вероятно, потому, что в тех областях науки, к которым он принадлежал, важна не Нобелевская премия, а то, будет ли жить чьё-то имя. в научных дискуссиях в ближайшие десятилетия. [39]
Его именем назван один из главных учебных корпусов Университета Раджшахи , научный корпус № 1.
4 июня 2022 года Google почтил Бозе, представив его в дудле Google [40], посвященном 98-й годовщине отправки Бозе своих квантовых формулировок немецкому ученому Альберту Эйнштейну , который признал их важным открытием в квантовой механике. [41] [42]
Сатьендра Натх родился в Калькутте первого января 1894 года в семье высшей касты каястха, за плечами которого два поколения получили английское образование.
