ألا تعرف من كان؟ نصف جزيئات الكون تطيعه!
ساتيندرا ناث بوز كان عالم رياضيات وفيزيائياً هندياً متخصصاً في الفيزياء النظرية. اشتهر بعمله على ميكانيكا الكم في أوائل العشرينيات من القرن العشرين، وتعاونه مع Albert Einstein في تطوير أسس إحصائيات Bose–Einstein ونظرية مكثف Bose–Einstein. كان زميلاً في الجمعية الملكية، وحصل على ثاني أعلى وسام مدني في الهند، وهو Padma Vibhushan سنة 1954 من حكومة الهند.
تم تسمية فئة الجزيئات التي تطيع إحصائيات Bose–Einstein، وهي البوزونات، على اسم بوز من قبل Paul Dirac.
كان عالماً موسوعياً له اهتمامات واسعة في مجالات متنوعة تشمل الفيزياء والرياضيات والكيمياء والبيولوجيا وعلم المعادن والفلسفة والفنون والأدب والموسيقى. عمل في العديد من لجان البحث والتطوير في الهند المستقلة.
الحياة المبكرة
وُلد بوز في Calcutta والآن Kolkata، الابن الأكبر من سبعة أطفال في عائلة Kayastha البنغالية. كان الابن الوحيد، ويتبعه ست أخوات. كان منزله الأساسي في قرية Bara Jagulia، في منطقة Nadia السابقة، في رئاسة Bengal. بدأت دراسته في سن الخمس سنوات، بالقرب من منزله. عندما انتقلت أسرته إلى Goabagan، تم قبوله في مدرسة New Indian School. في السنة الأخيرة من المدرسة، تم قبوله في Hindu School. نجح في امتحان الدخول والشهادة الثانوية سنة 1909 واحتل المركز الخامس. بعد ذلك التحق بدورة العلوم الوسيطة في Presidency College في Calcutta، حيث كان من بين معلميه Jagadish Chandra Bose وSarada Prasanna Das وPrafulla Chandra Ray. اختار بوز الرياضيات التطبيقية المختلطة للحصول على درجة البكالوريوس ونجح في الامتحانات محتلاً المركز الأول سنة 1913. ثم التحق بكلية العلوم المشكلة حديثاً من قبل Sir Ashutosh Mukherjee حيث احتل المركز الأول مجدداً في امتحان الماجستير في الرياضيات المختلطة سنة 1915. حققت علاماته في امتحان الماجستير رقماً قياسياً جديداً في سجلات جامعة Calcutta، لم يتم تجاوزه حتى الآن.
بعد إكمال درجة الماجستير، التحق بوز بكلية العلوم في جامعة Calcutta كباحث سنة 1916 وبدأ دراساته حول نظرية النسبية. كانت تلك فترة مثيرة في تاريخ التقدم العلمي. ظهرت نظرية الكم للتو على الأفق وبدأت النتائج المهمة تنهمر.
عمل والده، Surendranath Bose، في قسم الهندسة في شركة East Indian Railway Company. سنة 1914، وفي سن العشرين، تزوج Satyendra Nath Bose من Ushabati Ghosh، ابنة الطبيب البارز في Calcutta والتي كان عمرها 11 سنة. أنجبا تسعة أطفال، اثنان منهم توفيا في الطفولة المبكرة. عندما توفي سنة 1974، ترك خلفه زوجته وابنين وخمس بنات.
كان بوز متعدد اللغات وكان ملماً بعدة لغات مثل Bengali وEnglish وFrench وGerman والسنسكريتية، وكذلك بشعر Lord Tennyson وRabindranath Tagore وKalidasa. كان يستطيع العزف على الـ esraj، وهي آلة موسيقية هندية تشبه الكمان. كان منخرطاً بنشاط في إدارة مدارس ليلية أصبحت تُعرف باسم Working Men's Institute.
مسار البحث العلمي
التحق بوز بـ Hindu School في Calcutta، وفيما بعد التحق بـ Presidency College، أيضاً في Calcutta، حيث حقق أعلى الدرجات في كل مؤسسة، في حين احتل زميله الطالب وعالم الفيزياء الفلكية في المستقبل Meghnad Saha المركز الثاني. جاء على اتصال مع معلمين مثل Jagadish Chandra Bose وPrafulla Chandra Ray وNaman Sharma الذين قدموا له الإلهام للسعي عالياً في الحياة. من 1916 إلى 1921، كان محاضراً في قسم الفيزياء في Rajabazar Science College التابعة لجامعة Calcutta. قام بوز مع Saha بإعداد أول كتاب باللغة الإنجليزية بناءً على الترجمات الألمانية والفرنسية للأوراق الأصلية حول النسبية الخاصة والعامة لـ Einstein سنة 1919. سنة 1921، التحق كقارئ في قسم الفيزياء بجامعة Dhaka المؤسسة حديثاً في ما يعرف الآن ببنغلاديش. أسس بوز أقساماً جديدة تماماً، بما فيها المختبرات، لتدريس دورات متقدمة للماجستير والبكالوريوس مع مرتبة الشرف وعلّم الديناميكا الحرارية وكذلك نظرية الكهرومغناطيسية لـ James Clerk Maxwell.
قدم Satyendra Nath Bose مع Saha عدة أوراق في الفيزياء النظرية والرياضيات البحتة من 1918 فما فوق. سنة 1924، أثناء عمله كأستاذ قارئ بدون منصب في قسم الفيزياء بجامعة Dhaka، كتب بوز ورقة استنبط فيها قانون إشعاع Planck الكمومي دون الإشارة إلى الفيزياء الكلاسيكية باستخدام طريقة جديدة لعد الحالات مع جزيئات متطابقة. كانت هذه الورقة محورية في إنشاء مجال في غاية الأهمية وهو الإحصائيات الكمومية. على الرغم من عدم قبولها في البداية للنشر، أرسل المقالة مباشرة إلى Albert Einstein في ألمانيا. أدرك Einstein أهمية الورقة وترجمها إلى الألمانية بنفسه وقدمها نيابة عن بوز إلى المجلة الرفيعة المستوى Zeitschrift für Physik. نتيجة لهذا الاعتراف، تمكن بوز من العمل لمدة سنتين في مختبرات الأشعة السينية والتبلور الأوروبية، حيث عمل مع Louis de Broglie وMarie Curie وEinstein.
إحصائيات Bose–Einstein
أثناء إلقائه محاضرة في جامعة Dhaka حول نظرية الإشعاع والكارثة فوق البنفسجية، كان بوز ينوي إظهار طلابه أن النظرية المعاصرة كانت غير كافية، لأنها تنبأت بنتائج لا تتوافق مع النتائج التجريبية.
في عملية وصف هذا الخلاف، اتخذ بوز للمرة الأولى موقفاً بأن توزيع Maxwell–Boltzmann لن يكون صحيحاً للجزيئات المجهرية، حيث ستكون التقلبات الناتجة عن مبدأ عدم اليقين لـ Heisenberg ذات أهمية كبيرة. وبالتالي أكد على احتمالية العثور على الجزيئات في فضاء الطور، حيث تتمتع كل حالة بحجم h3، مع تجاهل الموضع والزخم المميز للجزيئات.
كيّف بوز هذه المحاضرة إلى مقالة قصيرة سميت "Planck's Law and the Hypothesis of Light Quanta" وأرسلها إلى Albert Einstein برسالة تالية:
السيد الموقر، تجرأت على إرسال المقالة المرفقة لقراءتك وإبداء رأيك. أنا حريص على معرفة ما تعتقده فيها. سترى أنني حاولت استنباط المعامل 8π ν2/c3 في قانون Planck بشكل مستقل عن الكهرومغناطيسية الكلاسيكية، مفترضاً فقط أن المنطقة الأساسية النهائية في فضاء الطور لها محتوى h3. لا أملك معرفة كافية باللغة الألمانية لترجمة الورقة. إذا اعتقدت أن الورقة تستحق النشر، فسأكون ممتناً إذا قمت بترتيب نشرها في Zeitschrift für Physik. على الرغم من كوني غريباً تماماً عنك، لا أشعر بأي تردد في تقديم مثل هذا الطلب. لأننا جميعاً تلاميذك وإن استفدنا فقط من تعاليمك من خلال كتاباتك. لا أعرف ما إذا كنت تتذكر أنه طلب منك شخص ما من Calcutta الإذن بترجمة أوراقك حول النسبية إلى الإنجليزية. وافقت على الطلب. وقد تم نشر الكتاب منذ ذلك الحين. كنت أنا من ترجم أوراقك حول النسبية المعممة.
وافق Einstein معه، وترجم ورقة بوز "Planck's Law and Hypothesis of Light Quanta" إلى الألمانية، وتم نشرها في Zeitschrift für Physik باسم بوز، سنة 1924.
النتائج المحتملة لرمي عملتي معدنية رأسان ذيلان واحد من كل نوع 1 هناك ثلاث نتائج. ما احتمالية الحصول على رأسين؟ احتمالات النتائج العملة 1 رأس ذيل العملة 2 رأس HH HT ذيل TH TT 2 بما أن العملات مختلفة، هناك نتيجتان تنتج رأس وذيل. احتمالية الحصول على رأسين هي ربع.
السبب في أن تفسير بوز أعطى نتائج دقيقة هو أنه بما أن الفوتونات غير قابلة للتمييز عن بعضها البعض، لا يمكن اعتبار أي فوتونين لهما نفس الطاقة كفوتونين متميزين قابلين للتعريف. بالقياس، إذا كانت العملات المعدنية في كون بديل تتصرف مثل الفوتونات والبوزونات الأخرى، فإن احتمالية الحصول على رأسين ستكون فعلاً ثلث ذيل-رأس = رأس-ذيل.
يُطلق الآن على تفسير بوز إحصائيات Bose–Einstein. النتيجة التي استنبطها بوز وضعت أساس الإحصائيات الكمومية، وخاصة التصور الفلسفي الثوري الجديد لعدم تمييز الجزيئات، كما اعترف به Einstein وDirac. عندما التقى Einstein مع بوز وجهاً لوجه، سأله ما إذا كان يدرك أنه اخترع نوعاً جديداً من الإحصائيات، فأجاب بصراحة تامة بأنه لا، لم يكن معتاداً على إحصائيات Boltzmann ولم يدرك أنه كان يجري الحسابات بطريقة مختلفة. كان بنفس الصراحة مع أي شخص يسأله.
مكثف Bose–Einstein
لم يدرك Einstein أيضاً في البداية مدى جذرية انحراف بوز، وفي ورقته الأولى بعد بوز، تم توجيهه، مثل بوز، من حقيقة أن الطريقة الجديدة أعطت الإجابة الصحيحة. لكن بعد ورقة Einstein الثانية باستخدام طريقة بوز والتي تنبأ فيها Einstein بمكثف Bose–Einstein الموضح على اليسار، بدأ يدرك مدى جذريتها، وقارنها بثنائية الموجة/الجسيم، قائلاً إن بعض الجزيئات لم تتصرف بالضبط مثل الجزيئات. كان بوز قد أرسل بالفعل مقالته إلى المجلة البريطانية Philosophical Magazine، التي رفضتها، قبل أن يرسلها إلى Einstein. لا يُعرف السبب في رفضها.
اعتمد Einstein الفكرة وسعّها لتشمل الذرات. أدى هذا إلى التنبؤ بوجود ظواهر أصبحت تُعرف باسم مكثف Bose–Einstein، وهو مجموعة كثيفة من البوزونات وهي جزيئات لها دوران صحيح، سميت على اسم بوز، والتي تم إثبات وجودها عن طريق التجربة سنة 1995.
Dhaka
بعد إقامته في أوروبا، عاد بوز إلى Dhaka سنة 1926. لم يكن لديه درجة دكتوراه، وبالتالي، عادة، بموجب اللوائح السارية، لن يكون مؤهلاً للمنصب الذي تقدم له وهو منصب أستاذ، لكن Einstein أوصى به. ثم تم تعيينه رئيساً لقسم الفيزياء في جامعة Dhaka. استمر في الإشراف والتدريس في جامعة Dhaka.
صمم بوز معدات بنفسه لمختبر تبلور الأشعة السينية. أسس مختبرات ومكتبات لجعل القسم مركزاً للبحث في طيفية الأشعة السينية وحيود الأشعة السينية والخصائص المغناطيسية للمادة والطيفية البصرية واللاسلكي والنظريات الموحدة للمجال. نشر أيضاً معادلة حالة للغازات الحقيقية مع Meghnad Saha. كان أيضاً عميد كلية العلوم في جامعة Dhaka حتى 1945.
Calcutta
عندما أصبح تقسيم الهند وشيكاً سنة 1947، عاد إلى Calcutta وعلّم هناك حتى 1956. أصرّ على أن يصمم كل طالب معداته الخاصة باستخدام المواد المحلية والفنيين المحليين. تم تعيينه أستاذاً متفرغاً عند تقاعده. ثم أصبح نائب رئيس جامعة Visva-Bharati في Santiniketan. عاد إلى جامعة Calcutta ليواصل البحث في الفيزياء النووية وإكمال الأعمال السابقة في الكيمياء العضوية. في السنوات اللاحقة، عمل في أبحاث تطبيقية مثل استخلاص الهيليوم من الينابيع الحارة في Bakreshwar.
مجالات أخرى
بالإضافة إلى الفيزياء، أجرى بعض الأبحاث في التكنولوجيا الحيوية والأدب Bengali والإنجليزية. أجرى دراسات عميقة في الكيمياء والجيولوجيا والحيوانات والأنثروبولوجيا والهندسة والعلوم الأخرى. كونه بنغالياً، كرس الكثير من وقته لتعزيز اللغة البنغالية كلغة تدريس وترجمة الأوراق العلمية إليها وتعزيز تطوير المنطقة.
الأوسمة والتكريمات
سنة 1937، كرس Rabindranath Tagore كتابه الوحيد عن العلم، Visva–Parichay، إلى Satyendra Nath Bose. تم تكريم بوز بلقب Padma Vibhushan من حكومة الهند سنة 1954. سنة 1959، تم تعيينه
