Non sai chi era? La metà delle particelle nell'universo lo obbedisce!
Satyendra Nath Bose era un matematico e fisico indiano specializzato in fisica teorica. È meglio conosciuto per il suo lavoro sulla meccanica quantistica nei primi anni '20, la collaborazione con Albert Einstein nello sviluppo della base per la statistica di Bose–Einstein e la teoria del condensato di Bose–Einstein. Membro della Royal Society, gli è stato assegnato il Padma Vibhushan, il secondo più alto riconoscimento civile dell'India, nel 1954 dal Governo dell'India.
La classe di particelle che obbedisce alla statistica di Bose–Einstein, i bosoni, è stata denominata da Bose da Paul Dirac.
Un polimatematico, aveva un'ampia gamma di interessi in vari campi inclusi fisica, matematica, chimica, biologia, mineralogia, filosofia, arti, letteratura e musica. Ha servito in molti comitati di ricerca e sviluppo nell'India sovrana.
Primi anni
Bose è nato a Calcutta, ora Kolkata, il maggiore di sette figli in una famiglia bengalese Kayastha. Era l'unico figlio maschio, con sei sorelle dopo di lui. La sua casa ancestrale era nel villaggio Bara Jagulia, nel distretto allora di Nadia, nella Presidenza del Bengala. La sua istruzione scolastica iniziò all'età di cinque anni, vicino a casa sua. Quando la sua famiglia si trasferì a Goabagan, fu ammesso alla New Indian School. Nell'ultimo anno di scuola, fu ammesso alla Hindu School. Ha superato l'esame d'ingresso di maturità nel 1909 e si è classificato quinto nell'ordine del merito. Successivamente si iscrisse al corso intermedio di scienze presso il Presidency College, Calcutta, dove i suoi insegnanti includevano Jagadish Chandra Bose, Sarada Prasanna Das e Prafulla Chandra Ray. Bose scelse matematica applicata mista per il suo BSc e ha superato gli esami classificandosi primo nel 1913. Successivamente si è unito al Science College di recente formazione di Sir Ashutosh Mukherjee, dove di nuovo si è classificato primo nell'esame di matematica mista MSc nel 1915. I suoi voti nell'esame MSc hanno creato un nuovo record negli annali dell'Università di Calcutta, che non è ancora stato superato.
Dopo aver completato il suo MSc, Bose si è unito al Science college dell'Università di Calcutta come ricercatore nel 1916 e ha iniziato i suoi studi sulla teoria della relatività. Era un'era entusiasmante nella storia del progresso scientifico. La teoria quantistica era appena apparsa all'orizzonte e importanti risultati avevano iniziato a fluire.
Suo padre, Surendranath Bose, ha lavorato nel dipartimento di ingegneria della East Indian Railway Company. Nel 1914, all'età di 20 anni, Satyendra Nath Bose sposò Ushabati Ghosh, la figlia undicenne di un prominente medico di Calcutta. Hanno avuto nove figli, due dei quali morirono nella prima infanzia. Quando morì nel 1974, lasciò dietro di sé sua moglie, due figli e cinque figlie.
Come poliglotta, Bose era ben versato in diverse lingue come bengalese, inglese, francese, tedesco e sanscrito, nonché nella poesia di Lord Tennyson, Rabindranath Tagore e Kalidasa. Poteva suonare l'esraj, uno strumento musicale indiano simile a un violino. Era attivamente coinvolto nella gestione di scuole serali che divennero note come il Working Men's Institute.
Carriera di ricerca
Bose ha frequentato la Hindu School a Calcutta, e successivamente il Presidency College, sempre a Calcutta, ottenendo i voti più alti in ogni istituzione, mentre il compagno di studi e futuro astrofisico Meghnad Saha è arrivato secondo. È entrato in contatto con insegnanti come Jagadish Chandra Bose, Prafulla Chandra Ray e Naman Sharma che gli hanno ispirato di mirare in alto nella vita. Dal 1916 al 1921, è stato docente nel dipartimento di fisica del Rajabazar Science College sotto l'Università di Calcutta. Insieme a Saha, Bose ha preparato il primo libro in inglese basato su traduzioni tedesche e francesi di articoli originali sulla relatività ristretta e generale di Einstein nel 1919. Nel 1921, si è unito come Reader del dipartimento di Fisica della neonata Università di Dhaka nell'attuale Bangladesh. Bose ha creato interi nuovi dipartimenti, inclusi laboratori, per insegnare corsi avanzati per MSc e BSc honours e ha insegnato termodinamica così come la teoria dell'elettromagnetismo di James Clerk Maxwell.
Satyendra Nath Bose, insieme a Saha, ha presentato diversi articoli in fisica teorica e matematica pura dal 1918 in poi. Nel 1924, mentre lavorava come Professore Reader senza cattedra presso il Dipartimento di Fisica dell'Università di Dhaka, Bose scrisse un articolo derivando la legge della radiazione quantistica di Planck senza alcun riferimento alla fisica classica utilizzando un nuovo modo di contare gli stati con particelle identiche. Questo articolo è stato seminale nella creazione del campo molto importante della statistica quantistica. Sebbene non fosse accettato immediatamente per la pubblicazione, ha inviato l'articolo direttamente ad Albert Einstein in Germania. Einstein, riconoscendo l'importanza dell'articolo, lo ha tradotto in tedesco di persona e lo ha inviato per conto di Bose alla prestigiosa Zeitschrift für Physik. A seguito di questo riconoscimento, Bose è stato in grado di lavorare per due anni nei laboratori europei di cristallografia e raggi X, durante i quali ha lavorato con Louis de Broglie, Marie Curie e Einstein.
Statistica di Bose–Einstein
Mentre presentava una lezione presso l'Università di Dhaka sulla teoria della radiazione e la catastrofe ultravioletta, Bose intendeva mostrare ai suoi studenti che la teoria contemporanea era inadeguata, perché prevedeva risultati non in accordo con i risultati sperimentali.
Nel processo di descrivere questa discrepanza, Bose per la prima volta ha assunto la posizione che la distribuzione di Maxwell–Boltzmann non sarebbe stata vera per particelle microscopiche, dove le fluttuazioni dovute al principio di indeterminazione di Heisenberg sarebbero significative. Quindi ha sottolineato la probabilità di trovare particelle nello spazio delle fasi, ogni stato avente volume h3, e scartando la posizione e il momento distinti delle particelle.
Bose ha adattato questa lezione in un breve articolo intitolato "La legge di Planck e l'ipotesi dei quanti di luce" e lo ha inviato ad Albert Einstein con la seguente lettera:
Caro Signore, mi sono permesso di inviarle l'articolo allegato per la vostra revisione e opinione. Sono ansioso di sapere cosa ne pensate. Vedrete che ho cercato di dedurre il coefficiente 8π ν2/c3 nella legge di Planck indipendentemente dall'elettrodinamica classica, assumendo soltanto che la regione elementare ultima nello spazio delle fasi abbia il contenuto h3. Non so il tedesco a sufficienza per tradurre l'articolo. Se pensate che l'articolo meriti la pubblicazione, vi sarei grato se disponeste la sua pubblicazione in Zeitschrift für Physik. Sebbene sia uno sconosciuto completo per voi, non ho alcuna esitazione nel fare una tale richiesta. Perché siamo tutti vostri allievi anche se apprendiamo solamente dai vostri insegnamenti attraverso i vostri scritti. Non so se ricordate ancora che qualcuno da Calcutta vi ha chiesto il permesso di tradurre i vostri articoli sulla Relatività in inglese. Avete acconsentito alla richiesta. Il libro è stato successivamente pubblicato. Ero io quello che ho tradotto il vostro articolo sulla Relatività Generalizzata.
Einstein ha concordato con lui, ha tradotto l'articolo di Bose "La legge di Planck e l'ipotesi dei quanti di luce" in tedesco, e l'ha fatto pubblicare in Zeitschrift für Physik sotto il nome di Bose, nel 1924.
Possibili risultati del lancio di due monete Due teste Due croci Una di ciascuna 1 Ci sono tre risultati. Qual è la probabilità di ottenere due teste? Probabilità dei risultati Moneta 1 Testa Croce Moneta 2 Testa TT TC Croce CT CC 2 Poiché le monete sono distinte, ci sono due risultati che producono una testa e una croce. La probabilità di due teste è un quarto.
La ragione per cui l'interpretazione di Bose ha prodotto risultati accurati era che poiché i fotoni sono indistinguibili l'uno dall'altro, non si può trattare due fotoni con uguale energia come due fotoni identici e distinguibili. Per analogia, se in un universo alternativo le monete si comportassero come fotoni e altri bosoni, la probabilità di produrre due teste sarebbe effettivamente di un terzo croce-testa = testa-croce.
L'interpretazione di Bose è ora chiamata statistica di Bose–Einstein. Questo risultato derivato da Bose ha gettato le basi della statistica quantistica, e in particolare la nuova concezione filosofica rivoluzionaria dell'indistinguibilità delle particelle, come riconosciuto da Einstein e Dirac. Quando Einstein ha incontrato Bose faccia a faccia, gli ha chiesto se era consapevole che aveva inventato un nuovo tipo di statistica, e molto candidamente ha detto di no, non era così familiare con la statistica di Boltzmann e non si era reso conto che stava facendo i calcoli diversamente. Era altrettanto franco con chiunque gli chiedesse.
Condensato di Bose–Einstein
Anche Einstein inizialmente non si rese conto di quanto radicale fosse la partenza di Bose, e nel suo primo articolo dopo Bose, fu guidato, come Bose, dal fatto che il nuovo metodo dava la risposta giusta. Ma dopo il secondo articolo di Einstein utilizzando il metodo di Bose nel quale Einstein predisse il condensato di Bose–Einstein raffigurato a sinistra, iniziò a rendersi conto di quanto radicale fosse, e lo paragonò alla dualità onda/particella, dicendo che alcune particelle non si comportavano esattamente come particelle. Bose aveva già inviato il suo articolo al British Journal Philosophical Magazine, che lo rifiutò, prima di inviarlo a Einstein. Non è noto perché fosse stato rifiutato.
Einstein ha adottato l'idea e l'ha estesa agli atomi. Questo ha portato alla previsione dell'esistenza di fenomeni che divennero noti come condensato di Bose–Einstein, una raccolta densa di bosoni che sono particelle con spin intero, denominate da Bose, che è stata dimostrata esistere dall'esperimento nel 1995.
Dhaka
Dopo il suo soggiorno in Europa, Bose è tornato a Dhaka nel 1926. Non aveva un dottorato, e quindi ordinariamente, secondo le normative vigenti, non avrebbe potuto essere qualificato per il posto di Professore a cui ha candidato, ma Einstein lo ha raccomandato. È quindi stato nominato Capo del Dipartimento di Fisica dell'Università di Dhaka. Ha continuato a guidare e insegnare presso l'Università di Dhaka.
Bose ha progettato lui stesso attrezzature per un laboratorio di cristallografia ai raggi X. Ha creato laboratori e biblioteche per fare del dipartimento un centro di ricerca in spettroscopia ai raggi X, diffrazione ai raggi X, proprietà magnetiche della materia, spettroscopia ottica, wireless e teorie di campo unificate. Ha anche pubblicato un'equazione di stato per gas reali con Meghnad Saha. È stato anche Preside della Facoltà di Scienze presso l'Università di Dhaka fino al 1945.
Calcutta
Quando la partizione dell'India divenne imminente nel 1947, è tornato a Calcutta e ha insegnato lì fino al 1956. Ha insistito che ogni studente progettasse le proprie attrezzature utilizzando materiali locali e tecnici locali. È stato nominato professore emerito al suo ritiro. Successivamente è diventato Vice-Rettore dell'Università di Visva-Bharati a Santiniketan. È tornato all'Università di Calcutta per continuare la ricerca nella fisica nucleare e completare i lavori precedenti in chimica organica. Negli anni successivi, ha lavorato nella ricerca applicata come l'estrazione di elio nelle sorgenti termali di Bakreshwar.
Altri campi
Oltre alla fisica, ha condotto alcune ricerche in biotecnologia e letteratura bengalese e inglese. Ha condotto studi approfonditi in chimica, geologia, zoologia, antropologia, ingegneria e altre scienze. Essendo bengalese, ha dedicato molto tempo alla promozione del bengalese come lingua didattica, traducendo articoli scientifici in essa, e promuovendo lo sviluppo della regione.
Onori
Nel 1937, Rabindranath Tagore dedicò il suo unico libro sulla scienza, Visva–Parichay, a Satyendra Nath Bose. Bose è stato onorato con il titolo Padma Vibhushan dal Governo indiano nel 1954. Nel 1959, è stato nominato Professore Nazionale, il più alto onore del paese per uno studioso, una posizione che ha ricoperto per 15 anni. Nel 1986, il S.N. Bose National Centre for Basic Sciences è stato istituito da un atto del Parlamento, Governo dell'India, a Salt Lake, Calcutta.
Bose è diventato un consulente del neoformato Consiglio della Ricerca Scientifica e Industriale. Era il Presidente della Società Fisica Indiana e dell'Istituto Nazionale della Scienza. È stato eletto Presidente Generale del Congresso Scientifico Indiano. È stato il Vice-Presidente e poi il Presidente dell'Istituto Statistico Indiano. Nel 1958, è diventato Membro della Royal Society. È stato nominato membro della Rajya Sabha.
Partha Ghose ha affermato che
Nomina al Premio Nobel
S.N. Bose è stato nominato da K. Banerji nel 1956, D.S. Kothari nel 1959, S.N. Bagchi nel 1962 e A.K. Dutta nel 1962 per il Premio Nobel in Fisica, per il suo contributo alla statistica di Bose–Einstein e alla teoria del campo unificato. Ad esempio, Kedareswar Banerjee, capo del Dipartimento di Fisica, Università di Allahabad, in una lettera del 12 gennaio 1956 ha scritto al Comitato Nobel come segue: "1. Ha Bose dato contributi molto eccezionali alla Fisica sviluppando la statistica nota dopo il suo nome come statistica di Bose. Negli ultimi anni questa statistica si trova essere
