Satyendra Nath Bose

Du kennst ihn nicht? Die Hälfte der Teilchen im Universum gehorchen ihm!

Satyendra Nath Bose war ein indischer Mathematiker und Physiker, der sich auf theoretische Physik spezialisierte. Er ist vor allem für seine Arbeiten zur Quantenmechanik in den frühen 1920er Jahren bekannt, für die Zusammenarbeit mit Albert Einstein bei der Entwicklung der Grundlagen der Bose-Einstein-Statistik und der Theorie des Bose-Einstein-Kondensats. Als Fellow der Royal Society wurde er 1954 von der Regierung Indiens mit dem Padma Vibhushan, Indiens zweithöchster Zivilauszeichnung, ausgezeichnet.

Die Klasse von Teilchen, die der Bose-Einstein-Statistik gehorchen, Bosonen, wurde von Paul Dirac nach Bose benannt.

Als Universalgelehrter hatte er ein breites Spektrum von Interessen in verschiedenen Bereichen, darunter Physik, Mathematik, Chemie, Biologie, Mineralogie, Philosophie, Kunst, Literatur und Musik. Er war Mitglied vieler Forschungs- und Entwicklungsausschüsse im souveränen Indien.

Frühen Leben

Bose wurde in Calcutta, dem heutigen Kolkata, als ältestes von sieben Kindern in einer bengalischen Kayastha-Familie geboren. Er war der einzige Sohn mit sechs Schwestern nach ihm. Sein Stammhaus war im Dorf Bara Jagulia, im damaligen Distrikt Nadia, in der Bengal Presidency. Seine Schulausbildung begann im Alter von fünf Jahren in der Nähe seines Hauses. Als seine Familie nach Goabagan zog, wurde er in der New Indian School aufgenommen. Im letzten Schuljahr wurde er in der Hindu School aufgenommen. Er bestand seine Aufnahmeprüfung Matura 1909 und erreichte den fünften Platz. Danach schrieb er sich im Zwischenjahreskurs für Naturwissenschaften am Presidency College in Calcutta ein, wo seine Lehrer Jagadish Chandra Bose, Sarada Prasanna Das und Prafulla Chandra Ray waren. Bose entschied sich für gemischte angewandte Mathematik für sein BSc-Studium und bestand die Prüfungen 1913 mit Bestnoten. Er schrieb sich dann an Sir Ashutosh Mukherjees neu gegründetem Science College ein, wo er 1915 auch im MSc-Examen für gemischte Mathematik an erster Stelle stand. Seine Noten in der MSc-Prüfung schufen einen neuen Rekord in der Geschichte der University of Calcutta, der bis heute nicht übertroffen wurde.

Nach Abschluss seines MSc trat Bose 1916 als Forschungsstipendiat dem Science College der Calcutta University bei und begann seine Studien zur Relativitätstheorie. Es war eine aufregende Ära in der Geschichte des wissenschaftlichen Fortschritts. Die Quantentheorie war gerade am Horizont erschienen und wichtige Ergebnisse begannen zu kommen.

Sein Vater, Surendranath Bose, arbeitete in der Ingenieurabatteilung der East Indian Railway Company. 1914 heiratete der 20-jährige Satyendra Nath Bose Ushabati Ghosh, die 11-jährige Tochter eines prominenten Calcutta-Arztes. Sie hatten neun Kinder, von denen zwei in der frühen Kindheit starben. Als er 1974 starb, hinterließ er seine Frau, zwei Söhne und fünf Töchter.

Als Polyglot war Bose in mehreren Sprachen wie Bengali, Englisch, Französisch, Deutsch und Sanskrit sowie in der Poesie von Lord Tennyson, Rabindranath Tagore und Kalidasa bewandert. Er konnte das Esraj spielen, ein indisches Musikinstrument, das einer Violine ähnelt. Er war aktiv an der Leitung von Abendschulen beteiligt, die später als Working Men's Institute bekannt wurden.

Forschungskarriere

Bose besuchte die Hindu School in Calcutta und später das Presidency College, ebenfalls in Calcutta, wo er an beiden Instituten die höchsten Noten erhielt, während sein Klassenkamerad und spätere Astrophysiker Meghnad Saha den zweiten Platz erreichte. Er kam in Kontakt mit Lehrern wie Jagadish Chandra Bose, Prafulla Chandra Ray und Naman Sharma, die ihn inspirierten, im Leben hoch hinaus zu streben. Von 1916 bis 1921 war er Dozent in der Physikab­teilung des Rajabazar Science College unter der University of Calcutta. Zusammen mit Saha bereitete Bose 1919 das erste englische Buch basierend auf deutschen und französischen Übersetzungen von Originalarbeiten zu Einsteins spezieller und allgemeiner Relativität vor. 1921 trat er als Reader der Physikab­teilung der neu gegründeten University of Dhaka im heutigen Bangladesch bei. Bose richtete ganze neue Abteilungen mit Laboratorien ein, um fortgeschrittene Kurse für MSc und BSc Honours zu unterrichten, und lehrte Thermodynamik sowie James Clerk Maxwells Theorie des Elektromagnetismus.

Satyendra Nath Bose präsentierte zusammen mit Saha ab 1918 mehrere Arbeiten zur theoretischen Physik und reinen Mathematik. 1924 schrieb Bose, während er als Reader Professor ohne Lehrstuhl an der Physikab­teilung der University of Dhaka arbeitete, eine Arbeit, in der er Plancks Quantenstrahlungsgesetz herleitete, ohne auf klassische Physik zu verweisen, indem er eine neuartige Methode zur Zählung von Zuständen mit identischen Teilchen verwendete. Diese Arbeit war grundlegend für die Schaffung des sehr wichtigen Gebiets der Quantenstatistik. Obwohl die Arbeit zunächst nicht zur Veröffentlichung angenommen wurde, schickte er den Artikel direkt an Albert Einstein nach Deutschland. Einstein erkannte die Bedeutung der Arbeit, übersetzte sie selbst ins Deutsche und reichte sie in Boses Namen bei der renommierten Zeitschrift für Physik ein. Als Ergebnis dieser Anerkennung konnte Bose zwei Jahre lang in europäischen Röntgen- und Kristallographielaboren arbeiten, in denen er mit Louis de Broglie, Marie Curie und Einstein zusammenarbeitete.

Bose-Einstein-Statistik

Während er einen Vortrag an der University of Dhaka über die Strahlungstheorie und die ultraviolette Katastrophe hielt, beabsichtigte Bose seinen Studenten zu zeigen, dass die zeitgenössische Theorie unzureichend war, da sie Ergebnisse vorhersagte, die nicht mit experimentellen Ergebnissen übereinstimmten.

Bei der Beschreibung dieser Diskrepanz vertraten Bose zum ersten Mal die Position, dass die Maxwell-Boltzmann-Verteilung für mikroskopische Teilchen nicht wahr sein würde, wo Schwankungen aufgrund von Heisenbergs Unschärferelation signifikant sein würden. So betonte er die Wahrscheinlichkeit, Teilchen im Phasenraum zu finden, wobei jeder Zustand das Volumen h3 hat, und verwarf die unterschiedliche Position und den Impuls der Teilchen.

Bose passte diesen Vortrag in einen kurzen Artikel mit dem Titel „Plancks Gesetz und die Hypothese der Lichtquanta" an und schickte ihn Albert Einstein mit dem folgenden Brief:

Verehrter Herr, ich habe gewagt, Ihnen den beigefügten Artikel zur Überprüfung und Meinungsäußerung zu schicken. Ich bin begierig zu wissen, was Sie davon halten. Sie werden sehen, dass ich versucht habe, den Koeffizienten 8π ν2/c3 in Plancks Gesetz unabhängig von der klassischen Elektrodynamik herzuleiten, nur angenommen, dass die letzte elementare Region im Phasenraum den Inhalt h3 hat. Ich spreche nicht ausreichend Deutsch, um das Papier zu übersetzen. Falls Sie das Papier für veröffentlichungswürdig halten, wäre ich dankbar, wenn Sie dessen Veröffentlichung in der Zeitschrift für Physik arrangieren könnten. Obwohl ich Ihnen völlig fremd bin, habe ich keine Schwierigkeiten, eine solche Bitte zu stellen. Denn wir sind alle Ihre Schüler, auch wenn wir nur von Ihren Lehren durch Ihre Schriften profitieren. Ich weiß nicht, ob Sie sich noch erinnern, dass jemand aus Calcutta um Ihre Erlaubnis bat, Ihre Arbeiten zur Relativität ins Englische zu übersetzen. Sie gaben Ihre Zustimmung. Das Buch wurde seitdem veröffentlicht. Ich war derjenige, der Ihre Arbeit zur verallgemeinerten Relativität übersetzte.

Einstein stimmte ihm zu, übersetzte Boses Artikel „Plancks Gesetz und Hypothese der Lichtquanta" ins Deutsche und ließ ihn 1924 in der Zeitschrift für Physik unter Boses Namen veröffentlichen.

Mögliche Ergebnisse beim Werfen von zwei Münzen Zwei Köpfe Zwei Zahlen Je eine 1 Es gibt drei Ergebnisse. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, zwei Köpfe zu erhalten? Ergebnis-Wahrscheinlichkeiten   Münze 1 Kopf Zahl Münze 2 Kopf KK KZ Zahl ZK ZZ 2 Da die Münzen unterscheidbar sind, gibt es zwei Ergebnisse, die einen Kopf und eine Zahl ergeben. Die Wahrscheinlichkeit von zwei Köpfen beträgt ein Viertel.

Der Grund, warum Boses Interpretation genaue Ergebnisse lieferte, war, dass Photonen nicht voneinander zu unterscheiden sind, man also nicht zwei Photonen mit gleicher Energie als zwei unterschiedliche identifizierbare Photonen behandeln kann. Analog dazu würde die Wahrscheinlichkeit, zwei Köpfe zu erhalten, tatsächlich ein Drittel betragen, wenn in einem alternativen Universum Münzen sich wie Photonen und andere Bosonen verhalten würden, wenn zahl-kopf = kopf-zahl.

Boses Interpretation wird heute Bose-Einstein-Statistik genannt. Dieses von Bose hergeleitete Ergebnis legte den Grundstein für die Quantenstatistik und besonders für die revolutionäre neue philosophische Konzeption der Ununterscheidbarkeit von Teilchen, wie von Einstein und Dirac anerkannt. Als Einstein Bose persönlich traf, fragte er ihn, ob er sich bewusst gewesen war, dass er eine neue Art von Statistik erfunden hatte, und er sagte sehr offen, dass nein, er war nicht so vertraut mit Boltzmanns Statistik und realisierte nicht, dass er die Berechnungen anders durchführte. Er war gegenüber jedem, der fragte, gleich offen.

Bose-Einstein-Kondensat

Einstein realisierte auch zunächst nicht, wie radikal Boses Abweichung war, und in seiner ersten Arbeit nach Bose wurde er wie Bose von der Tatsache geleitet, dass die neue Methode die richtige Antwort gab. Aber nach Einsteins zweiter Arbeit mit Boses Methode, in der Einstein das Bose-Einstein-Kondensat vorhersagte (links abgebildet), begann er zu realisieren, wie radikal es war, und er verglich es mit Welle-Teilchen-Dualismus und sagte, dass einige Teilchen sich nicht genau wie Teilchen verhielten. Bose hatte seinen Artikel bereits dem British Journal Philosophical Magazine eingereicht, das ihn ablehnte, bevor er ihn zu Einstein schickte. Es ist nicht bekannt, warum er abgelehnt wurde.

Einstein übernahm die Idee und erweiterte sie auf Atome. Dies führte zur Vorhersage der Existenz von Phänomenen, die als Bose-Einstein-Kondensat bekannt wurden, eine dichte Sammlung von Bosonen, bei denen es sich um Teilchen mit ganzzahligem Spin handelt, benannt nach Bose, dessen Existenz 1995 experimentell nachgewiesen wurde.

Dhaka

Nach seinem Aufenthalt in Europa kehrte Bose 1926 nach Dhaka zurück. Er hatte keinen Doktortitel und würde daher normalerweise nach den geltenden Bestimmungen nicht für die Stelle eines Professors qualifiziert sein, für die er sich bewarb, aber Einstein empfahl ihn. Er wurde dann zum Leiter der Physikab­teilung der Dhaka University ernannt. Er setzte seine Anleitung und Lehre an der Dhaka University fort.

Bose entwarf Ausrüstung selbst für ein Röntgenröntgenkristallographielabor. Er richtete Laboratorien und Bibliotheken ein, um die Abteilung zu einem Forschungszentrum für Röntgenspektroskopie, Röntgenbeugung, magnetische Eigenschaften der Materie, optische Spektroskopie, drahtlose Technologie und einheitliche Feldtheorien zu machen. Er veröffentlichte auch eine Zustandsgleichung für reale Gase mit Meghnad Saha. Er war auch Dekan der Faculty of Science an der Dhaka University bis 1945.

Calcutta

Als die Teilung Indiens 1947 unmittelbar bevorstand, kehrte er nach Calcutta zurück und lehrte dort bis 1956. Er bestand darauf, dass jeder Student seine eigene Ausrüstung mit lokalen Materialien und lokalen Technikern entwerfe. Er wurde zum Professor emeritus bei seiner Pensionierung ernannt. Er wurde dann Vizerektor der Visva-Bharati University in Santiniketan. Er kehrte zur University of Calcutta zurück, um die Forschung in Kernphysik fortzusetzen und frühere Arbeiten in organischer Chemie abzuschließen. In den folgenden Jahren arbeitete er in angewandter Forschung wie der Heliumgewinnung in heißen Quellen von Bakreshwar.

Andere Bereiche

Neben Physik betrieb er Forschungen in Biotechnologie und Literatur auf Bengali und Englisch. Er führte tiefe Studien in Chemie, Geologie, Zoologie, Anthropologie, Ingenieurwissenschaften und anderen Wissenschaften durch. Als Bengale widmete er viel Zeit der Förderung von Bengali als Unterrichtssprache, der Übersetzung wissenschaftlicher Artikel ins Bengali und der Förderung der Entwicklung der Region.

Ehren

1937 widmete Rabindranath Tagore sein einziges Wissenschaftsbuch, Visva-Parichay, Satyendra Nath Bose. Bose wurde 1954 von der indischen Regierung mit dem Titel Padma Vibhushan geehrt. 1959 wurde er zum National Professor ernannt, der höchsten Auszeichnung im Land für einen Gelehrten, eine Position, die er 15 Jahre lang innehatte. 1986 wurde das S.N. Bose National Centre for Basic Sciences per Parlamentsgesetz der Regierung von Indien in Salt Lake, Calcutta, gegründet.

Bose wurde Berater des neu gegründeten Council of Scientific and Industrial Research. Er war Präsident der Indian Physical Society und des National Institute of Science. Er wurde zum General President des Indian Science Congress gewählt. Er war stellvertretender Präsident und dann Präsident des Indian Statistical Institute. 1958 wurde er Fellow der Royal Society. Er wurde als Mitglied der Rajya Sabha nominiert.

Partha Ghose hat erklärt, dass

Nobel-Preis-Nominierung

S.N. Bose wurde 1956 von K. Banerji, 1959 von D.S. Kothari, 1962 von S.N. Bagchi und 1962 von A.K. Dutta für den Nobelpreis für Physik nominiert, für seinen Beitrag zur Bose-Einstein-Statistik und der einheitlichen Feldtheorie. Beispielsweise schrieb Kedareswar Banerjee, Leiter der Physikab­teilung der University of Allahabad, in einem Brief vom 12. Januar 1956 an das Nobel-Komitee wie folgt: „1. Er, Bose, hat sehr herausragende Beiträge zur Physik geleistet durch die Entwicklung der Statistik, die nach seinem Namen als Bose-Statistik bekannt ist. In den letzten Jahren hat sich diese Statistik als