Сатьендра Нат Бос - Satyendra Nath Bose

Сатьендра Нат Бос

SatyenBose1925.jpg
Сатьендра Нат Бос в 1925 году
Родился ( 1894-01-01 )1 января 1894 г.
Умер 4 февраля 1974 г. (1974-02-04)(80 лет)
Калькутта , Индия
Национальность Индийский
Альма-матер Калькуттский университет
Известен Конденсат
Бозе – Эйнштейна Статистика
Бозе – Эйнштейна Распределение
Бозе – Эйнштейна Корреляции
Бозе – Эйнштейна Бозе-газ
Бозон
Идеальное Бозе-уравнение состояния
Фотонный газ
Супруг (а) Ушабати Бозе (урожденная Гош)
Награды Падма Вибхушан,
член Королевского общества
Научная карьера
Поля Физика
Учреждения Университет Калькутты
Университет Дакки
Висва-Бхарати
Академические консультанты Джагадиш Чандра Босе
Прафулла Чандра Рэй
Докторанты Пурнима Синха
Партха Гхош
Шива Брата Бхаттачерджи
Другие известные студенты Мани Лал Бхаумик
Лилабати Бхаттачарджи
Асима Чаттерджи
Ратан Лал Брахмачари
Член парламента Раджья Сабха
В офисе
3 апреля 1952 г. - 2 апреля 1960 г.
Подпись
Подпись Satyendranath Bose.svg

Бозе FRS / б s / (1 января 1894 - 4 февраля 1974) был индийский математик и физик , специализирующийся в области теоретической физики . Он наиболее известен своими работами по квантовой механике в начале 1920-х годов, когда он сотрудничал с Альбертом Эйнштейном в разработке основы статистики Бозе – Эйнштейна и теории конденсата Бозе – Эйнштейна . Сотрудник из Королевского общества , он был награжден второй самой высокой гражданской награды Индии, в Падма Вибхушан в 1954 году правительством Индии .

Класс частиц, которые подчиняются статистике Бозе – Эйнштейна, бозоны , был назван в честь Бозе Полем Дираком .

Эрудит , он имел широкий круг интересов в различных областях , включая физику , математику , химию , биологию, минералогию , философию , искусство , литературу и музыку . Он работал во многих комитетах по исследованиям и разработкам в суверенной Индии .

Ранние годы

Бос родился в Калькутте (ныне Калькутта), он был старшим из семи детей в семье бенгальских каястхов . Он был единственным сыном, после него было шесть сестер. Его прародина находилась в деревне Бара Джагулия, в районе Надия , в Бенгальском президентстве . Его обучение в школе началось в возрасте пяти лет, недалеко от дома. Когда его семья переехала в Гобаган, его приняли в Новую индийскую школу. В последний год школы его приняли в индуистскую школу . Он сдал вступительный экзамен ( аттестат зрелости ) в 1909 году и занял пятое место в рейтинге заслуг. Затем он присоединился к промежуточной науке курс в президенты колледжа , Калькутте , где его учителями включены Джагадиш Chandra Bose , Шарада прасанна Дас и Прафулла Чандра Рей .

Бос получил степень бакалавра смешанной математики в Президентском колледже , заняв первое место в 1913 году. Затем он поступил в недавно созданный научный колледж сэра Ашутоша Мукерджи, где он снова стал первым на экзамене на степень магистра смешанной математики в 1915 году. новый рекорд в анналах Калькуттского университета , который еще предстоит превзойти.

После получения степени магистра наук Бозе поступил в научный колледж Калькуттского университета в качестве исследователя в 1916 году и начал свои исследования в области теории относительности . Это была захватывающая эпоха в истории научного прогресса. Квантовая теория только что появилась на горизонте, и начали поступать важные результаты.

Его отец, Сурендранат Бос, работал в инженерном отделе Ост-Индской железнодорожной компании . В 1914 году в возрасте 20 лет Сатьендра Нат Бос женился на Ушабати Гхош, 11-летней дочери известного калькуттского врача. 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 , Бос хорошо знал несколько языков, таких как бенгали , английский, французский, немецкий и санскрит, а также поэзию лорда Теннисона , Рабиндраната Тагора и Калидаса . Он мог играть на эсрадж , индийском музыкальном инструменте, похожем на скрипку. Он принимал активное участие в организации вечерних школ, которые стали известны как Институт рабочих.

Исследовательская карьера

Боз учился в индуистской школе в Калькутте , а затем поступил в Президентский колледж , также в Калькутте, получив наивысшие оценки в каждом учебном заведении, в то время как сокурсник и будущий астрофизик Мегнад Саха занял второе место. Он вошел в контакт с такими учителями, как Джагадиш Чандра Бос , Прафулла Чандра Рэй и Наман Шарма, которые вдохновили его на достижение высоких целей в жизни. С 1916 по 1921 год , он был преподавателем в физическом факультете в Rajabazar колледжа науки при университете Калькутты . Вместе с Саха Бозе подготовил первую книгу на английском языке, основанную на немецком и французском переводах оригинальных статей по специальной и общей теории относительности Эйнштейна в 1919 году. В 1921 году он стал читателем факультета физики недавно основанного Университета Дакки (в современный Бангладеш). Bose созданы целые новые отделы, в том числе лабораторий, научить углубленные курсы для магистерских и бакалаврских отличием и преподавали термодинамику , а также Джеймс Клерк Максвелл «с теорией о электромагнетизма .

Сатьендра Нат Бос, вместе с Саха, представил несколько работ по теоретической физике и чистой математике, начиная с 1918 года. В 1924 году, работая читателем (профессором без кафедры) на физическом факультете Университета Дакки , Боз написал статью, в которой выводил квантовый закон излучения Планка без каких-либо ссылок на классическую физику , используя новый способ подсчета состояний с идентичными частицами. . Эта статья была плодотворной в создании очень важной области квантовой статистики . Хотя его сразу не приняли к публикации, он отправил статью непосредственно Альберту Эйнштейну в Германию. Эйнштейн, осознавая важность статьи, сам перевел ее на немецкий язык и от имени Бозе представил в престижную газету Zeitschrift für Physik . В результате этого признания Бозе смог проработать два года в европейских рентгеновских лабораториях и лабораториях кристаллографии , в течение которых он работал с Луи де Бройлем , Мари Кюри и Эйнштейном.

Статистика Бозе – Эйнштейна

Читая лекцию в Университете Дакки по теории излучения и ультрафиолетовой катастрофы , Боз намеревался показать своим студентам, что современная теория неадекватна, поскольку она предсказывала результаты, не соответствующие результатам экспериментов.

В процессе описания этого несоответствия Бозе впервые занял позицию, согласно которой распределение Максвелла – Больцмана не будет верным для микроскопических частиц, где флуктуации, обусловленные принципом неопределенности Гейзенберга, будут значительными. Таким образом, он подчеркнул вероятность обнаружения частиц в фазовом пространстве , каждое состояние которого имеет объем h 3 , и отбросив четкое положение и импульс частиц.

Боз преобразовал эту лекцию в небольшую статью под названием «Закон Планка и гипотеза световых квантов» и отправил ее Альберту Эйнштейну со следующим письмом:

Уважаемый господин, я рискнул послать вам сопроводительную статью для ознакомления и заключения. Мне не терпится узнать, что вы об этом думаете. Вы увидите, что я попытался вывести коэффициент 8π ν 2 / c 3 в законе Планка независимо от классической электродинамики, только предполагая, что окончательная элементарная область в фазовом пространстве имеет содержание h 3 . Я недостаточно знаю немецкий, чтобы переводить статью. Если вы считаете, что статья заслуживает публикации, я буду благодарен, если вы организуете ее публикацию в Zeitschrift für Physik . Хотя вы совершенно незнакомы, я без колебаний обращаюсь с такой просьбой. Потому что мы все ваши ученики, хотя извлекаем пользу только из ваших учений через ваши сочинения. Не знаю, помните ли вы, что кто-то из Калькутты просил вашего 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 световых квантов» на немецкий язык и опубликовал их в Zeitschrift für Physik под именем Бозе в 1924 году.

Возможные результаты подбрасывания двух монет
Две головы Два хвоста По одному из каждого
(1) Есть три результата. Какова вероятность получения двух голов?
Вероятность исхода
  Монета 1
Голова Хвост
Монета 2 Голова HH HT
Хвост TH TT
(2) Поскольку монеты разные, есть два исхода, которые дают голову и хвост. Вероятность выпадения двух решек - четверть.

Причина, по которой интерпретация Бозе дала точные результаты, заключалась в том, что, поскольку фотоны неотличимы друг от друга, нельзя рассматривать любые два фотона с одинаковой энергией как два отдельных идентифицируемых фотона. По аналогии, если бы в альтернативной вселенной монеты вели себя как фотоны и другие бозоны , вероятность образования двух голов действительно была бы одной третью (хвост-голова = голова-хвост).

Интерпретация Бозе теперь называется статистикой Бозе – Эйнштейна . Этот результат, полученный Бозом, заложил основу квантовой статистики , и особенно революционно новой философской концепции неразличимости частиц, признанной Эйнштейном и Дираком. Когда Эйнштейн встретился с Бозе лицом к лицу, он спросил его, знал ли он, что он изобрел новый тип статистики, и очень откровенно сказал, что нет, он не был так хорошо знаком со статистикой Больцмана и не знал. Я понимаю, что он делал расчеты иначе. Он был столь же откровенен со всеми, кто просил.

Конденсат Бозе – Эйнштейна

Данные по скоростному распределению газа атомов рубидия , подтверждающие открытие новой фазы вещества, конденсата Бозе – Эйнштейна . Слева: непосредственно перед появлением конденсата Бозе – Эйнштейна. В центре: сразу после появления конденсата. Справа: после дальнейшего испарения остается образец почти чистого конденсата.

Эйнштейн также сначала не осознавал, насколько радикальным был уход Бозе, и в своей первой работе после Бозе он руководствовался, как и Бозе, тем фактом, 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 он радикален, и сравнил его с дуальностью волна / частица, заявив, что некоторые частицы не ведут себя. точно так же, как частицы. Боз уже отправил свою статью в британский журнал Philosophical Magazine , который отклонил ее до того, как он отправил ее Эйнштейну. Неизвестно, почему он был отклонен.

Эйнштейн принял эту идею и распространил ее на атомы. Это привело к предсказанию существования явления, которое стало известно как конденсат Бозе-Эйнштейна , плотный набор бозонов (которые представляют собой частицы с целым спином , названные в честь Бозе), существование которого было продемонстрировано экспериментально в 1995 году.

Дакка

Бозе в Университете Дакки в 1930-е гг.

После своего пребывания в Европе Боз 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 он претендовал, но Эйнштейн рекомендовал его. Затем он был назначен главой факультета физики в Университете Дакки . Он продолжал руководить и преподавать в Университете Дакки.

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 единой теории поля . Он также опубликовал уравнение состояния для реальных газов с Мегхнадами Саа . Он также был деканом факультета естественных наук Университета Дакки до 1945 года.

Калькутта

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 проектировал свое собственное оборудование с использованием местных материалов и местных технических специалистов. После выхода на пенсию он получил звание почетного профессора . Затем он стал проректором Университета Вишва-Бхарати в Шантиникетане . Он вернулся в Калькуттский университет, чтобы продолжить исследования в области ядерной физики и завершить более ранние работы по органической химии. В последующие годы он занимался прикладными исследованиями, такими как добыча гелия в горячих источниках Бакрешвара .

Другие поля

Помимо физики, он провел некоторые исследования в области биотехнологии и литературы ( бенгальского и английского языков). Он глубоко изучал химию , геологию, зоологию , антропологию , инженерию и другие науки. Будучи бенгальцем , он посвятил много времени продвижению бенгали в качестве языка обучения, переводу на него научных статей и содействию развитию региона.

Почести

С. Н. Бозе с другими учеными из Калькуттского университета
Бюст Сатьендра Натха Боса, который находится в саду Промышленно-технологического музея Бирла .

В 1937 году Рабиндранат Тагор посвятил свою единственную научную книгу « Вишва-Паричай» Сатьендре Натх Босе. Бос был удостоен титула Падма Вибхушан правительством Индии в 1954 году. В 1959 году он был назначен Национальным профессором, высшей наградой в стране для ученого, и занимал эту должность в течение 15 лет. В 1986 году в Солт-Лейк-Сити, Калькутта, постановлением парламента Индии был учрежден Национальный центр фундаментальных наук им. С. Н. Боса .

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 назначен членом Раджья Сабха .

Партха Гхош заявил, что

Работа Бозе стояла на стыке «старой квантовой теории» Планка, Бора и Эйнштейна и новой квантовой механики Шредингера , Гейзенберга , Борна , Дирака и других.

Номинация на Нобелевскую премию

С. Н. Бозе был номинирован К. Банерджи (1956), Д. С. Котари (1959), С. Н. Багчи (1962) и А. К. Дутта (1962) на Нобелевскую премию по физике за его вклад в статистику Бозе-Эйнштейна и единую теорию поля. . Например, Кедаресвар Банерджи, глава физического факультета Университета Аллахабада, в письме от 12 января 1956 г. написал Нобелевскому комитету следующее: «(1). Он (Бозе) внес выдающийся вклад в физику, разработав статистику, известную в честь его имени 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). В период с 1953 года по настоящее время он сделал ряд очень интересных вкладов с далеко идущими последствиями в отношении унитарной теории поля Эйнштейна » . Работу Бозе оценил эксперт Нобелевского комитета Оскар Кляйн , который действительно счел его работу достойной Нобелевской премии.

Наследие

Бозе на марке Индии 1994 года

Бозоны , класс элементарных субатомных частиц в физике элементарных частиц, были названы Дираком в честь Сатьендры Нат Боса в ознаменование его вклада в науку.

Хотя семь Нобелевских премий присуждены за исследования , связанные с понятиями С. Н. Бозе в бозона , статистике Бозе-Эйнштейна и Бозе-Эйнштейна конденсат , сам Bose не был удостоен Нобелевской премии.

В своей книге The Scientific Edge физик Джаянт Нарликар заметил:

Работа С. Н. Бозе по статистике частиц (около 1922 г.), которая прояснила поведение фотонов ( частиц света в корпусе) и открыла дверь к новым идеям статистики микросистем, подчиняющихся правилам квантовой теории, была одной из 10 лучших достижений индийской науки ХХ века и могут считаться лауреатами Нобелевской премии.

Когда самому Бозе однажды задали этот вопрос, он просто ответил: «Я получил все признание, которого заслуживаю» - вероятно, потому, что в области науки, к которой он принадлежал, важен не Нобелевский титул, а то, будет ли жить чье-то имя. в научных дискуссиях в ближайшие десятилетия. Один из главных учебных корпусов Университета Раджшахи , научный корпус № 1 недавно был назван его именем.

Работы (подборка)

  • Bose (1924), «Plancks Gesetz und Lichtquantenhypothese», Zeitschrift für Physik (на немецком языке), 26 (1): 178–181, Bibcode : 1924ZPhy ... 26..178B , doi : 10.1007 / BF01327326 , S2CID  186235974.

Примечания

использованная литература

внешние ссылки

Академические офисы
Предшествует
Упачарья , Вишва Бхарати
1956–58
Преемник