סאטינדרה נאת בוז
סאטינדרה נאת בוז (Satyendra Nath Bose; 1 בינואר 1894 – 4 בפברואר 1974) היה פיזיקאי תאורטי ומתמטיקאי הודי. הוא ידוע בעיקר בזכות עבודתו על מכניקת הקוונטים בראשית שנות ה-20 של המאה ה-20, בפיתוח היסודות לסטטיסטיקת בוז-איינשטיין, ובתאוריה של עיבוי בוז-איינשטיין. כחבר בחברה המלכותית (Royal Society), הוא עוטר בעיטור פאדמה ויבהושאן (Padma Vibhushan), העיטור האזרחי השני בחשיבותו בהודו, בשנת 1954 על ידי ממשלת הודו.
סוג החלקיקים האפונימי המתואר על ידי הסטטיסטיקה של בוז, בוזונים, נקראו על ידי פול דיראק.
כאיש אשכולות, היו לו תחומי עניין רחבים במגוון תחומים, כולל פיזיקה, מתמטיקה, כימיה, ביולוגיה, מינרלוגיה, פילוסופיה, אמנויות, ספרות ומוזיקה. הוא כיהן בוועדות מחקר ופיתוח רבות בהודו לאחר העצמאות.
חיים מוקדמים
בוז נולד בכלכותה (כיום קולקטה), הבכור מבין שבעה ילדים במשפחת קאיאסטה בנגלית. אביו של בוז היה סורנדרה נאת. אמו של בוז הייתה (גב') אמודיני דבי. סורנדרה היה רואה חשבון ועבד ברכבות מזרח הודו. בוז היה הבן היחיד, עם שש אחיות אחריו. בית אבותיו היה בכפר בארה ג'גוליה, במחוז נאדיה, בנשיאות בנגל. לימודיו החלו בגיל חמש, ליד ביתו. כאשר משפחתו עברה לגואבאגאן, הוא התקבל לבית הספר ניו אינדיאן. בשנתו האחרונה בבית הספר, הוא התקבל לבית הספר ההינדי. הוא עבר את בחינת הכניסה שלו (מטריקולציה) בשנת 1909 והגיע למקום החמישי בסדר ההצטיינות. לאחר מכן הצטרף לקורס המדעים הביניים במכללת פרזידנסי, כלכותה, שם מוריו כללו את ג'גדיש צ'נדרה בוז, סאראדה פראסאנה דאס ופראפולה צ'נדרה ריי.
בוז קיבל תואר ראשון במדעים במתמטיקה מעורבת ממכללת פרזידנסי, כשהוא מדורג ראשון בשנת 1913. לאחר מכן הצטרף למכללת המדעים שהוקמה זה עתה על ידי סר אשוטוש מוקרג'י, שם שוב דורג ראשון בבחינת התואר השני (MSc) במתמטיקה מעורבת בשנת 1915. ציוניו בבחינת התואר השני יצרו שיא חדש בדברי ימי אוניברסיטת כלכותה, שטרם נשבר.
לאחר סיום התואר השני, הצטרף בוז למכללת המדעים של אוניברסיטת כלכותה כחוקר בשנת 1916 והחל את לימודיו בתורת היחסות. זו הייתה תקופה מרגשת בהיסטוריה של הקידמה המדעית. תורת הקוונטים בדיוק הופיעה באופק ותוצאות משמעותיות החלו לזרום.
אביו, סורנדראנאת בוז, עבד במחלקת ההנדסה של חברת הרכבות מזרח הודו. בשנת 1914, בגיל 20, נישא סאטינדרה נאת בוז לאושבאטי גוש, בתו בת ה-11 של רופא בולט מכלכותה. נולדו להם תשעה ילדים, שניים מהם מתו בילדותם המוקדמת. כשמת ב-1974, הותיר אחריו את אשתו, שני בנים וחמש בנות.
כפוליגלוט, בוז היה בקיא בכמה שפות כגון בנגלית, אנגלית, צרפתית, גרמנית וסנסקריט, וכן בשירתם של לורד טניסון, רבינדרנת טאגור וקאלידאסה. באירופה, הוא הרשים את מארחתו ז'קלין זדוק-קאהן בידיעותיו בעברית בספרות ובדת. הוא ידע לנגן באסראג', כלי הודי הדומה לכינור. הוא היה מעורב באופן פעיל בניהול בתי ספר לערב שנודעו בשם מכון פועלים (Working Men's Institute).
קריירה מחקרית
בוז למד בבית הספר ההינדי בכלכותה, ומאוחר יותר למד במכללת פרזידנסי, גם היא בכלכותה, כשהוא משיג את הציונים הגבוהים ביותר בכל מוסד, בעוד חברו ללימודים והאסטרופיזיקאי לעתיד מגנאד סאהא הגיע שני. הוא בא במגע עם מורים כמו ג'גדיש צ'נדרה בוז, פראפולה צ'נדרה ריי ונאמאן שארמה שסיפקו השראה לשאוף גבוה בחיים. בין השנים 1916 ל-1921, הוא היה מרצה במחלקה לפיזיקה של מכללת המדעים ראג'אבאזאר תחת אוניברסיטת כלכותה. יחד עם סאהא, בוז הכין את הספר הראשון באנגלית המבוסס על תרגומים גרמניים וצרפתיים של מאמרים מקוריים על תורת היחסות הפרטית והכללית של איינשטיין בשנת 1919.
בשנת 1921, סאטינדרה נאת בוז הצטרף כמרצה בכיר (Reader) במחלקה לפיזיקה של אוניברסיטת דאקה שנוסדה לאחרונה (בבנגלדש של ימינו). בוז הקים מחלקות שלמות חדשות, כולל מעבדות, כדי ללמד קורסים מתקדמים לתואר שני ותואר ראשון בהצטיינות, ולימד תרמודינמיקה וכן את תורת האלקטרומגנטיות של ג'יימס קלרק מקסוול.
בוז, יחד עם האסטרופיזיקאי ההודי מגנאד סאהא, הציג מספר מאמרים בפיזיקה תאורטית ומתמטיקה טהורה משנת 1918 ואילך. בשנת 1924, בעודו מרצה בכיר במחלקה לפיזיקה של אוניברסיטת דאקה, כתב בוז מאמר שגזר את חוק קרינת הקוונטים של פלאנק ללא כל התייחסות לפיזיקה קלאסית, תוך שימוש בדרך חדשנית לספירת מצבים עם חלקיקים זהים. מאמר זה היה מכונן ביצירת התחום החשוב של סטטיסטיקה קוונטית. אף שלא התקבל מיד לפרסום, הוא שלח את המאמר ישירות לאלברט איינשטיין בגרמניה. איינשטיין, שהכיר בחשיבות המאמר, תרגם אותו בעצמו לגרמנית והגיש אותו בשמו של בוז לכתב העת Zeitschrift für Physik. כתוצאה מהכרה זו, בוז הצליח לעבוד במשך שנתיים במעבדות אירופיות לקרני רנטגן וקריסטלוגרפיה, שבמהלכן עבד עם לואי דה ברויי, מארי קירי ואיינשטיין.
### סטטיסטיקת בוז-איינשטיין
במהלך הרצאה באוניברסיטת דאקה על תורת הקרינה והקטסטרופה של האולטרה-סגול, בוז התכוון להראות לסטודנטים שלו שהתאוריה העכשווית אינה מספקת, מכיוון שהיא חזתה תוצאות שאינן תואמות את התוצאות הניסיוניות.
בתהליך תיאור הפער הזה, בוז נקט לראשונה בעמדה שהתפלגות מקסוול-בולצמן לא תהיה נכונה עבור חלקיקים מיקרוסקופיים, שבהם תנודות עקב עקרון אי-הוודאות של הייזנברג יהיו משמעותיות. לפיכך הוא הדגיש את ההסתברות למצוא חלקיקים במרחב הפאזה, כאשר לכל מצב יש נפח h, וביטל את המיקום והתנע המובחנים של החלקיקים.
בוז עיבד את ההרצאה הזו למאמר קצר בשם "חוק פלאנק והשערת קוונטי האור" ושלח אותו לאלברט איינשטיין עם המכתב הבא:
> אדוני הנכבד, העזתי לשלוח לך את המאמר המצורף לעיונך ולחוות דעתך. אני להוט לדעת מה דעתך עליו. תראה שניסיתי לגזור את המקדם 8π ν/c בחוק פלאנק באופן בלתי תלוי באלקטרודינמיקה קלאסית, בהנחה בלבד שהאזור היסודי הסופי במרחב הפאזה הוא בעל תוכן h. איני יודע מספיק גרמנית כדי לתרגם את המאמר. אם אתה חושב שהמאמר ראוי לפרסום, אודה לך אם תסדר את פרסומו ב-Zeitschrift für Physik. למרות שאני זר גמור עבורך, איני מרגיש היסוס בבקשה כזו. כי כולנו תלמידיך, אם כי מרוויחים רק מתורתך דרך כתביך. איני יודע אם אתה עדיין זוכר שמישהו מכלכותה ביקש את רשותך לתרגם את מאמריך על תורת היחסות לאנגלית. נענית לבקשה. הספר פורסם מאז. אני הייתי זה שתרגם את מאמרך על תורת היחסות המוכללת.
Twenty questions, eight minutes on the clock, and a percentile measured against everyone who has taken it. No sign-up.
Take the IQ test →איינשטיין הסכים איתו, תרגם את מאמריו של בוז "חוק פלאנק והשערת קוונטי האור" לגרמנית, ופרסם אותו ב-Zeitschrift für Physik תחת שמו של בוז, בשנת 1924.
הסיבה שהפרשנות של בוז הניבה תוצאות מדויקות הייתה שמכיוון שפוטונים אינם ניתנים להבחנה זה מזה, לא ניתן להתייחס לשני פוטונים בעלי אנרגיה שווה כשני פוטונים מובחנים הניתנים לזיהוי. באנלוגיה, אם ביקום חלופי, מטבעות היו מתנהגים כמו פוטונים ובוזונים אחרים, ההסתברות להוציא שני עצי הייתה אכן שליש (פלי-עץ = עץ-פלי).
הפרשנות של בוז נקראת כיום סטטיסטיקת בוז-איינשטיין. תוצאה זו שנגזרה על ידי בוז הניחה את היסוד לסטטיסטיקה קוונטית, ובמיוחד את התפיסה הפילוסופית החדשה והמהפכנית של אי-היכולת להבחין בין חלקיקים, כפי שהוכר על ידי איינשטיין ודיראק. כשפגש איינשטיין את בוז פנים אל פנים, הוא שאל אותו אם היה מודע לכך שהמציא סוג חדש של סטטיסטיקה, והוא אמר בכנות רבה שלא, הוא לא היה כל כך בקיא בסטטיסטיקה של בולצמן ולא הבין שהוא מבצע את החישובים בצורה שונה.
עיבוי בוז-איינשטיין
איינשטיין גם לא הבין בתחילה עד כמה רדיקלית הייתה החריגה של בוז, ובמאמרו הראשון אחרי בוז, הוא הונחה, כמו בוז, על ידי העובדה שהשיטה החדשה נתנה את התשובה הנכונה. אך לאחר מאמרו השני של איינשטיין שהשתמש בשיטה של בוז שבו חזה איינשטיין את עיבוי בוז-איינשטיין (בתמונה משמאל), הוא החל להבין עד כמה זה רדיקלי, והוא השווה זאת לדואליות גל-חלקיק, באומרו שחלק מהחלקיקים לא התנהגו בדיוק כמו חלקיקים. בוז כבר הגיש את מאמרו לכתב העת הבריטי Philosophical Magazine, שדחה אותו לפני ששלח אותו לאיינשטיין. לא ידוע מדוע הוא נדחה.
איינשטיין אימץ את הרעיון והרחיב אותו לאטומים. זה הוביל לחיזוי קיומם של תופעות שנודעו כעיבוי בוז-איינשטיין, אוסף צפוף של בוזונים (שהם חלקיקים בעלי ספין שלם, שנקראו על שם בוז), שהוכח כקיים בניסוי בשנת 1995.
### דאקה
לאחר שהותו באירופה, חזר בוז לדאקה ב-1926. לא היה לו תואר דוקטור, ולכן בדרך כלל, לפי התקנות הנהוגות, הוא לא היה מוסמך למשרת פרופסור שאליה הגיש מועמדות, אך איינשטיין המליץ עליו. לאחר מכן הוא מונה לראש המחלקה לפיזיקה באוניברסיטת דאקה. הוא המשיך להדריך וללמד באוניברסיטת דאקה והיה דיקן הפקולטה למדעים שם עד 1945.
בוז תכנן בעצמו ציוד למעבדת קריסטלוגרפיה בקרני רנטגן. הוא הקים מעבדות וספריות כדי להפוך את המחלקה למרכז מחקר בספקטרוסקופיית רנטגן, עקיפת רנטגן, תכונות מגנטיות של חומר, ספקטרוסקופיה אופטית, אלחוט ותאוריות שדה מאוחדות. הוא גם פרסם משוואת מצב לגזים אמיתיים עם מגנאד סאהא.
### כלכותה
כאשר חלוקת הודו הפכה לבלתי נמנעת (1947), הוא חזר לכלכותה (הידועה כיום כקולקטה) ולימד שם עד 1956. הוא התעקש שכל סטודנט יתכנן את הציוד שלו בעצמו תוך שימוש בחומרים מקומיים וטכנאים מקומיים. הוא מונה לפרופסור אמריטוס עם פרישתו. לאחר מכן הפך לסגן נשיא אוניברסיטת ויסווה-בהאראטי בסנטיניקטאן. הוא חזר לאוניברסיטת כלכותה כדי להמשיך במחקר בפיזיקה גרעינית ולהשלים עבודות קודמות בכימיה אורגנית. בשנים שלאחר מכן, הוא עבד במחקר יישומי כגון הפקת הליום במעיינות חמים בבקראשוואר.
### תחומים אחרים
מלבד פיזיקה, הוא ערך מחקר בביוטכנולוגיה ובספרות (בנגלית ואנגלית). הוא ערך מחקרים בכימיה, גאולוגיה, זואולוגיה, אנתרופולוגיה, הנדסה ומדעים אחרים. בהיותו בנגלי, הוא הקדיש זמן משמעותי לקידום הבנגלית כשפת הוראה, תרגום מאמרים מדעיים אליה וקידום הפיתוח של האזור.
כבוד והוקרה
בשנת 1937, רבינדרנת טאגור הקדיש את ספרו היחיד על מדע, Visva–Parichay, לסאטינדרה נאת בוז. בוז עוטר בתואר פאדמה ויבהושאן על ידי ממשלת הודו בשנת 1954. בשנת 1959, הוא מונה לפרופסור לאומי, הכבוד הגבוה ביותר במדינה לחוקר, תפקיד בו החזיק במשך 15 שנים. בשנת 1986, המרכז הלאומי למדעים בסיסיים על שם ס.נ. בוז הוקם על ידי חוק של הפרלמנט, ממשלת הודו, בסולט לייק, כלכותה.
בוז הפך ליועץ למועצה למחקר מדעי ותעשייתי שהוקמה אז. הוא היה נשיא האגודה הפיזיקלית ההודית והמכון הלאומי למדע. הוא נבחר לנשיא הכללי של הקונגרס המדעי ההודי. הוא היה סגן נשיא ולאחר מכן נשיא המכון הסטטיסטי ההודי. בשנת 1958, הוא הפך לחבר בחברה המלכותית. הוא היה מועמד כחבר בראג'יה סבה.
פארתה גוש הצהיר כי
> עבודתו של בוז עמדה במעבר שבין 'תורת הקוונטים הישנה' של פלאנק, בוהר ואיינשטיין לבין מכניקת הקוונטים החדשה של שרדינגר, הייזנברג, בורן, דיראק ואחרים.
### מועמדות לפרס נובל
בוז היה מועמד על ידי ק. באנרג'י (1956), ד.ס. קוטהארי (1959), ס.נ. באגצ'י (1962) וא.ק. דוטה (1962) לפרס נובל לפיזיקה, על תרומתו לסטטיסטיקת בוז-איינשטיין ולתורת השדה המאוחד. באנרג'י, ראש המחלקה לפיזיקה באוניברסיטת אללהאבאד, כתב במכתב מ-12 בינואר 1956 לוועדת נובל כדלקמן: "(1). הוא (בוז) תרם תרומות יוצאות דופן לפיזיקה על ידי פיתוח הסטטיסטיקה הידועה על שמו כסטטיסטיקת בוז. בשנים האחרונות נמצא כי סטטיסטיקה זו בעלת חשיבות עמוקה בסיווג חלקיקי יסוד ותרמה רבות לפיתוח הפיזיקה הגרעינית. (2). במהלך התקופה מ-1953 ועד היום, הוא תרם מספר תרומות מעניינות ביותר בעלות השלכות מרחיקות לכת בנושא תורת השדה המאוחד של איינשטיין." עבודתו של בוז הוערכה על ידי מומחה של ועדת נובל, אוסקר קליין, שקבע כי עבודתו אינה ראויה לפרס נובל.
מורשת
בוזונים, מחלקה של חלקיקים תת-אטומיים יסודיים בפיזיקת חלקיקים, נקראו על ידי דיראק על שם סאטינדרה נאת בוז כדי להנציח את תרומתו למדע.
חתן פרס נובל הסובייטי לב לנדאו החזיק רשימת שמות של פיזיקאים אותם דירג עד 5 בסולם לוגריתמי של פרודוקטיביות, כאשר מספרים נמוכים יותר הם פרודוקטיביים יותר. אלברט איינשטיין דורג 0.5. לנדאו העניק דירוג של 1 לבוז יחד עם האבות המייסדים של מכניקת הקוונטים, נילס בוהר, ורנר הייזנברג, פול דיראק וארווין שרדינגר, ואחרים. לנדאו דירג את עצמו כ-2.5 אך מאוחר יותר קודם ל-2.
אף ששבעה פרסי נובל הוענקו עבור מחקר הקשור למושגים של ס.נ. בוז על הבוזון, סטטיסטיקת בוז-איינשטיין ועיבוי בוז-איינשטיין, בוז עצמו לא זכה בפרס נובל.
בספרו The Scientific Edge, הפיזיקאי ג'איאנט נארליקאר ציין:
> עבודתו של ס.נ. בוז על סטטיסטיקת חלקיקים (סביבות 1922), שהבהירה את התנהגות הפוטונים (חלקיקי האור במתחם) ופתחה את הדלת לרעיונות חדשים על סטטיסטיקה של מיקרו-מערכות המצייתות לכללי תורת הקוונטים, הייתה אחת מעשר ההישגים המובילים של המדע ההודי במאה ה-20 ויכולה להיחשב ברמה של פרס נובל.
כשבוז עצמו נשאל פעם את השאלה הזו, הוא השיב: "קיבלתי את כל ההכרה שמגיעה לי."
אחד המבנים האקדמיים המרכזיים של אוניברסיטת ראג'שאחי, בניין המדע מס' 1, נקרא על שמו.
ה-Google Doodle ב-4 ביוני 2022 הציג את בוז, ביום השנה ה-98 לשליחת עבודתו לאיינשטיין.
עבודות (מבחר)
בוז (1924), "חוק פלאנק והשערת קוונטי האור (Plancks Gesetz und Lichtquantenhypothese)", Zeitschrift für Physik (בגרמנית), 26 (1): 178–181, Bibcode:1924ZPhy...26..178B, doi:10.1007/BF01327326, S2CID 186235974.
- בוז, ס.נ. (1924), "משוואה תרמית בשדה הקרינה בנוכחות חומר (Warmegleichgeweit im Strahlungsfeld bei Anwesenheit von Materie)", Zeitschrift für Physik (בגרמנית), 27 (2): 384–393.
עבודות על בוז
- צ'אטרג'י, ס. (1994). ס. נ. בוז: האיש ועבודותיו. קולקטה: המרכז הלאומי למדעים בסיסיים.
- וואלי, קאמשוואר סי. (2009). סאטינדרה נאת: חייו ותקופתו (עבודות נבחרות עם פרשנות). World Scientific Publishing. ISBN 978-9812790705.