Вы не знаете, кто он был? Половина частиц во Вселенной ему подчиняются!
Satyendra Nath Bose был индийским математиком и физиком, специализирующимся на теоретической физике. Он наиболее известен своей работой в области квантовой механики в начале 1920-х годов, сотрудничеством с Albert Einstein в разработке основ статистики Bose–Einstein и теории конденсата Bose–Einstein. Он был членом Королевского общества и был награжден второй по величине гражданской наградой Индии, Padma Vibhushan в 1954 году правительством Индии.
Класс частиц, подчиняющихся статистике Bose–Einstein, бозоны, был назван в честь Bose компанией Paul Dirac.
Он был универсалом с широким спектром интересов в различных областях, включая физику, математику, химию, биологию, минералогию, философию, искусство, литературу и музыку. Он работал во многих исследовательских и научно-производственных комитетах суверенной Индии.
Ранняя жизнь
Bose родился в Calcutta, теперь Kolkata, старший из семи детей в бенгальской семье Kayastha. Он был единственным сыном с шестью сестрами после него. Его родовой дом находился в деревне Bara Jagulia в то время в районе Nadia провинции Bengal. Его обучение началось в возрасте пяти лет рядом с домом. Когда его семья переехала в Goabagan, он был принят в New Indian School. В последний год школы он был принят в Hindu School. Он сдал вступительный экзамен на аттестат зрелости в 1909 году и занял пятое место по результатам. Затем он поступил на курс прикладной математики в Presidency College, Calcutta, где его учителями были Jagadish Chandra Bose, Sarada Prasanna Das и Prafulla Chandra Ray. Bose выбрал смешанную прикладную математику для своей степени бакалавра и сдал экзамены, заняв первое место в 1913 году. Затем он поступил в только что созданный Science College Sir Ashutosh Mukherjee, где снова занял первое место на экзамене магистратуры по смешанной математике в 1915 году. Его оценки на экзамене магистратуры установили новый рекорд в истории University of Calcutta, который до сих пор не превзойден.
После завершения магистратуры, Bose присоединился к Science college, Calcutta University в качестве научного сотрудника в 1916 году и начал изучение теории относительности. Это была захватывающая эра в истории научного прогресса. Квантовая теория только что появилась на горизонте и важные результаты начали поступать.
Его отец, Surendranath Bose, работал в инженерном отделе компании East Indian Railway. В 1914 году в возрасте 20 лет Satyendra Nath Bose женился на Ushabati Ghosh, 11-летней дочери известного врача из Calcutta. У них было девять детей, двое из которых умерли в раннем детстве. Когда он умер в 1974 году, он оставил после себя жену, двух сыновей и пять дочерей.
Как полиглот, Bose хорошо владел несколькими языками, такими как бенгальский, английский, французский, немецкий и санскрит, а также стихами Lord Tennyson, Rabindranath Tagore и Kalidasa. Он мог играть на esraj, индийском музыкальном инструменте, похожем на скрипку. Он активно участвовал в организации ночных школ, которые стали известны как Working Men's Institute.
Научная деятельность
Bose учился в Hindu School в Calcutta, а затем в Presidency College, также в Calcutta, получив максимальные оценки в каждом учреждении, в то время как его однокурсник и будущий астрофизик Meghnad Saha занял второе место. Он вступил в контакт с учителями, такими как Jagadish Chandra Bose, Prafulla Chandra Ray и Naman Sharma, которые вдохновляли его стремиться к высоким целям в жизни. С 1916 по 1921 год он был лектором на кафедре физики Rajabazar Science College при University of Calcutta. Вместе с Saha, Bose подготовил первую книгу на английском языке на основе немецких и французских переводов оригинальных работ о специальной и общей теории относительности Einstein в 1919 году. В 1921 году он поступил на должность научного сотрудника на кафедру физики недавно основанного University of Dhaka в современном Бангладеше. Bose создал целые новые отделения, включая лаборатории, для преподавания продвинутых курсов для магистратуры и бакалавриата и преподавал термодинамику, а также теорию электромагнетизма James Clerk Maxwell.
Satyendra Nath Bose вместе с Saha представил несколько статей по теоретической физике и чистой математике с 1918 года. В 1924 году, работая на должности научного сотрудника без должности на кафедре физики University of Dhaka, Bose написал статью, выводящую квантовый закон излучения Planck без какой-либо ссылки на классическую физику, используя новый способ подсчета состояний с идентичными частицами. Эта работа была основополагающей для создания очень важной области квантовой статистики. Хотя статья и не была принята для публикации, он отправил статью непосредственно Albert Einstein в Германию. Einstein, признав значимость работы, сам перевел ее на немецкий язык и отправил от имени Bose в престижный Zeitschrift für Physik. В результате такого признания, Bose смог работать два года в европейских рентгеновских и кристаллографических лабораториях, во время которых он работал с Louis de Broglie, Marie Curie и Einstein.
Статистика Bose–Einstein
Читая лекцию в University of Dhaka о теории излучения и ультрафиолетовой катастрофе, Bose намеревался показать своим студентам, что современная теория была неадекватна, потому что она предсказывала результаты, не согласующиеся с экспериментальными результатами.
В процессе описания этого расхождения, Bose впервые занял позицию, что распределение Maxwell–Boltzmann не будет верным для микроскопических частиц, где флуктуации, обусловленные принципом неопределенности Heisenberg, будут значительными. Таким образом, он подчеркнул вероятность нахождения частиц в фазовом пространстве, каждое состояние имеет объем h3, и отбросил различное положение и импульс частиц.
Bose превратил эту лекцию в короткую статью под названием "Planck's Law and the Hypothesis of Light Quanta" и отправил ее Albert Einstein со следующим письмом:
Уважаемый сэр, я осмелился отправить вам прилагаемую статью для вашего рассмотрения и мнения. Я хотел бы узнать, что вы о ней думаете. Вы увидите, что я попытался вывести коэффициент 8π ν2/c3 в законе Планка независимо от классической электродинамики, только предполагая, что конечный элементарный участок в фазовом пространстве имеет содержание h3. Я не знаю достаточно хорошо немецкого, чтобы перевести статью. Если вы считаете статью достойной публикации, я буду благодарен, если вы организуете ее публикацию в Zeitschrift für Physik. Хотя я полный незнакомец для вас, я не испытываю никаких колебаний в такой просьбе. Потому что мы все ваши ученики, хотя получаем пользу только из ваших учений через ваши труды. Я не знаю, помните ли вы еще, что кто-то из Calcutta просил у вас разрешение перевести ваши работы о теории относительности на английский язык. Вы согласились с просьбой. Книга с тех пор была опубликована. Я был тем, кто переводил вашу работу об обобщенной теории относительности.
Einstein согласился с ним, перевел статью Bose "Planck's Law and Hypothesis of Light Quanta" на немецкий язык и опубликовал ее в Zeitschrift für Physik под именем Bose в 1924 году.
Возможные результаты бросания двух монет Два орла Две решки Один из каждого 1 Есть три результата. Какова вероятность получить два орла? Вероятности результатов Монета 1 Орел Решка Монета 2 Орел ОО ОР Решка РО РР 2 Поскольку монеты различимы, есть два результата, которые производят орел и решку. Вероятность двух орлов составляет одну четверть.
Причина, по которой интерпретация Bose дала точные результаты, заключалась в том, что, поскольку фотоны неразличимы друг от друга, нельзя рассматривать любые два фотона с равной энергией как два отдельных идентифицируемых фотона. По аналогии, если в альтернативной вселенной монеты вели бы себя как фотоны и другие бозоны, вероятность получить два орла была бы действительно одна треть решка-орел = орел-решка.
Интерпретация Bose теперь называется статистикой Bose–Einstein. Этот результат, полученный Bose, заложил основу квантовой статистики и, в частности, революционную новую философскую концепцию неразличимости частиц, признанную Einstein и Dirac. Когда Einstein встретился с Bose лицом к лицу, он спросил его, был ли он осведомлен о том, что он изобрел новый тип статистики, и тот очень откровенно сказал, что нет, он не был так хорошо знаком со статистикой Boltzmann и не осознавал, что проводил расчеты иначе. Он был одинаково откровенен с любым, кто спрашивал.
Конденсат Bose–Einstein
Einstein также сначала не осознал, насколько радикальным было отступление Bose, и в своей первой статье после Bose, он был направлен, как и Bose, фактом, что новый метод дал правильный ответ. Но после второй статьи Einstein, использующей метод Bose, в которой Einstein предсказал конденсат Bose–Einstein, изображенный слева, он начал понимать, насколько это было радикально, и сравнил его с волно-корпускулярной двойственностью, говоря, что некоторые частицы не вели себя точно как частицы. Bose уже отправил свою статью в British Journal Philosophical Magazine, который отклонил ее, прежде чем отправить ее Einstein. Неизвестно, почему она была отклонена.
Einstein принял идею и распространил ее на атомы. Это привело к предсказанию существования явлений, которые стали известны как конденсат Bose–Einstein, плотное скопление бозонов, которые являются частицами с целым спином, названными в честь Bose, что было доказано существованием экспериментом в 1995 году.
Dhaka
После своего пребывания в Европе, Bose вернулся в Dhaka в 1926 году. У него не было докторской степени, и поэтому обычно по действующим правилам он не был бы квалифицирован для должности профессора, на которую он претендовал, но Einstein рекомендовал его. Затем он был назначен главой кафедры физики Dhaka University. Он продолжал направлять и преподавать в Dhaka University.
Bose самостоятельно спроектировал оборудование для лаборатории рентгеновской кристаллографии. Он создал лаборатории и библиотеки, чтобы сделать кафедру центром исследований в области рентгеновской спектроскопии, рентгеновской дифракции, магнитных свойств вещества, оптической спектроскопии, беспроводной связи и единых теорий поля. Он также опубликовал уравнение состояния для реальных газов вместе с Meghnad Saha. Он также был деканом факультета естественных наук Dhaka University до 1945 года.
Calcutta
Когда раздел Индии стал неизбежным в 1947 году, он вернулся в Calcutta и преподавал там до 1956 года. Он настаивал, чтобы каждый студент спроектировал собственное оборудование, используя местные материалы и местных техников. Он был назначен профессором эмеритом при выходе на пенсию. Затем он стал вице-ректором Visva–Bharati University в Santiniketan. Он вернулся в University of Calcutta, чтобы продолжить исследования в области ядерной физики и завершить более ранние работы в области органической химии. В последующие годы он работал над прикладными исследованиями, такими как извлечение гелия в горячих источниках Bakreshwar.
Другие области
Помимо физики, он проводил некоторые исследования в области биотехнологии и литературы на бенгальском и английском языках. Он провел глубокие исследования в химии, геологии, зоологии, антропологии, инженерии и других науках. Будучи бенгальцем, он посвятил много времени пропаганде бенгальского языка как языка преподавания, переводу научных статей на него и содействию развитию региона.
Награды
В 1937 году Rabindranath Tagore посвятил Satyendra Nath Bose свою единственную научную книгу Visva–Parichay. Bose была оказана честь присвоить титул Padma Vibhushan индийским правительством в 1954 году. В 1959 году ему была назначена должность National Professor, высшая честь в стране для ученого, должность, которую он занимал 15 лет. В 1986 году Национальный центр базовых наук имени S.N. Bose был создан по акту Парламента правительства Индии в Salt Lake, Calcutta.
Bose стал советником вновь созданного Council of Scientific and Industrial Research. Он был президентом Indian Physical Society и National Institute of Science. Он был избран генеральным президентом Indian Science Congress. Он был вице-президентом, а затем президентом Indian Statistical Institute. В 1958 году он стал членом Royal Society. Он был номинирован членом Rajya Sabha.
Partha Ghose указал, что
Номинация на Нобелевскую премию
S.N. Bose был номинирован K. Banerji в 1956 году, D.S. Kothari в 1959 году, S.N. Bagchi в 1962 году и A.K. Dutta в 1962 году на Нобелевскую премию по физике за его вклад в статистику Bose–Einstein и единую теорию поля. Например, Kedareswar Banerjee, глава кафедры физики, University of Allahabad, в письме от 12 января 1956 года написал Нобелевскому комитету следующее: "1. Он Bose внес очень выдающийся вклад в физику, разработав статистику, известную по его имени как статистика Bose. В последние годы эта статистика оказывается
