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  • 薩特延德拉·玻色

    薩特延德拉·玻色

    薩特延德拉·納特·玻色(SatyendraNathBose,1894年1月1日—1974年2月4日)印度物理學(xué)家,專門研究數(shù)學(xué)物理。薩特延德拉·納特·玻色最著名的研究是1920年代早期的量子物理研究,該研究為玻色-愛因斯坦統(tǒng)計(jì)及玻色-愛因斯坦凝聚理論提供了基礎(chǔ)。玻色子就是以他的名字命名的。

    著名的研究

    盡管跟玻色子、玻色-愛因斯坦統(tǒng)計(jì)及玻色-愛因斯坦凝聚概念相關(guān)研究獲得的諾貝爾獎(jiǎng)不止一個(gè)——最近的是2001年的物理學(xué)獎(jiǎng),因?qū)ΣI?愛因斯坦凝聚的理論進(jìn)展有貢獻(xiàn)而獲獎(jiǎng)的,玻色本人從未獲得過諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他多才多藝,能說多國語言之余,還會(huì)彈埃斯拉古琴(Esraj,一種跟小提琴相近的樂器)。

    著名物理學(xué)家賈因特·納里卡(Jayant Narlikar)在他的《科學(xué)邊緣》一書中寫道:“S·N·玻色的粒子物理研究(約1922年),其中闡明了光子的表現(xiàn),并為統(tǒng)計(jì)遵從量子規(guī)則的微系統(tǒng)提供了機(jī)會(huì),是二十世紀(jì)印度科學(xué)貢獻(xiàn)的前十名之一,是可被視為諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)數(shù)的研究!

    生平情況

    早年

    玻色生于印度西孟加拉邦的加爾各答,是七名孩子中的長子。他的父親蘇倫特拉納特·玻色(Surendranath Bose)曾任職于東印度鐵路工程部。

    玻色就讀于加爾各答印度教學(xué)校(Hindu School),后就讀于也位于加爾各答的院長學(xué)院(Presidency College),他在這兩所當(dāng)?shù)刂麑W(xué)府時(shí)都獲得了最高分。他接觸了一些優(yōu)秀的老師,如賈加迪什·錢德拉·玻色(Jagdish Chandra Bose,無血緣關(guān)系)及普拉富爾拉·錢德拉·羅伊(Prafulla Chandra Roy),他們都鼓舞了玻色要立好遠(yuǎn)大志向。他于1911年至1921年任加爾各答大學(xué)物理學(xué)系講師。他于1921年轉(zhuǎn)到了當(dāng)時(shí)成立不久的達(dá)卡大學(xué)物理學(xué)系(現(xiàn)位于孟加拉境內(nèi)),也是任職講師。

    玻色于1924年寫了一篇推導(dǎo)普朗克量子輻射定律的論文,當(dāng)中并沒有提到任何古典物理。在開始時(shí)未能發(fā)表的挫折下,他把論文直接寄給身在德國的艾爾伯特·愛因斯坦。愛因斯坦意識(shí)到這篇論文的重要性,不但親自把它翻譯成德語,還以玻色的名義把論文遞予名望頗高的《德國物理學(xué)刊》("Zeitschrift für Physik")發(fā)表。就是因?yàn)榇舜钨p識(shí),玻色能夠第一次離開印度,前往歐洲并逗留兩年,期間與路易·德布羅伊、居里夫人及愛因斯坦工作過。

    薩特延德拉·玻色

    玻色于1926年回到達(dá)卡,任教授兼物理學(xué)系主任,并繼續(xù)留在達(dá)卡大學(xué)教學(xué)至1945年。那時(shí)候他回到了加爾各答,在加爾各答大學(xué)教學(xué)至1956年,他退休時(shí)被授予名譽(yù)教授頭銜。

    以后的研究

    在這以后玻色的概念在物理學(xué)界廣受好評(píng),達(dá)卡大學(xué)于1924年允許他休假到歐洲去。他在法國度過了一年,跟居里夫人共事,也跟多位知名科學(xué)家見過面。之后他又多游學(xué)一年,在柏林跟愛因斯坦共事。在1926年他回到達(dá)卡大學(xué)之后,就立即于被擢升為教授。他并沒有博士學(xué)位,一般來說他是不夠資格當(dāng)教授的,但是愛因斯坦還是推薦了他。他的研究范圍很廣,從X射線晶體學(xué)到統(tǒng)一場理論都有涉獵。他還跟梅格·納德·薩哈(Megn Nad Saha)一起發(fā)表了真實(shí)氣體用的一條狀態(tài)方程。

    除物理以外,他還研究過生物化學(xué)及文學(xué)(孟加拉語及英語)。他還深入地學(xué)習(xí)過化學(xué)、地質(zhì)學(xué)、動(dòng)物學(xué)、人類學(xué)、工程學(xué)及其他科學(xué)。作為一個(gè)有孟加拉背景的人,他花了不少時(shí)間把孟加拉語推廣為教學(xué)語言,把科學(xué)論文翻成孟加拉語,以及推廣該地區(qū)的發(fā)展。

    玻色于1944年被選為印度科學(xué)代表大會(huì)主席。

    他于1958年獲選為英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。

    沒錯(cuò)的錯(cuò)誤

    有一次玻色在達(dá)卡大學(xué)講課,課題是光電效應(yīng)及紫外災(zāi)難,玻色打算向?qū)W生展示當(dāng)時(shí)理論的不適之處,因?yàn)槔碚擃A(yù)測的結(jié)果跟實(shí)驗(yàn)不符。在講課期間,玻色在應(yīng)用理論時(shí)犯了錯(cuò),意想不到的是居然得出一個(gè)跟實(shí)驗(yàn)一致的預(yù)測。(他后來將講課內(nèi)容改寫成了一篇短文,叫《普朗克定律與光量子假說》。)

    那錯(cuò)誤是一個(gè)很簡單的錯(cuò)──跟認(rèn)為擲兩枚硬幣得兩正面的概率是三分之一是一樣的──任何對(duì)統(tǒng)計(jì)學(xué)有一點(diǎn)基礎(chǔ)理解的人都知道有問題。然而,預(yù)測結(jié)果跟實(shí)驗(yàn)吻合,且玻色意識(shí)到這畢竟有可能不是錯(cuò)誤。他首次提出麥克斯韋-玻爾茲曼分布對(duì)微觀粒子不會(huì)成立,這是因?yàn)橛珊Iy不準(zhǔn)原理所導(dǎo)致的變動(dòng)此時(shí)會(huì)大得足夠構(gòu)成影響。故此他強(qiáng)調(diào)在每個(gè)體積為h的位相空間中找到粒子的概率而舍棄粒子不同的位置和動(dòng)量。

    好幾份物理學(xué)刊都沒有為玻色發(fā)表論文。他們認(rèn)為他所展現(xiàn)的是一個(gè)簡單錯(cuò)誤,而且玻色的發(fā)現(xiàn)被忽略了。灰心的他寫了封信給愛因斯坦,愛因斯坦馬上就同意他的觀點(diǎn)。愛因斯坦寫了一篇支持玻色理論的論文,遞予《德國物理學(xué)刊》發(fā)表,并要求把這兩篇論文一同發(fā)表,這時(shí)候玻色的理論終于受到推崇。這是1924年的事。玻色早前曾經(jīng)把愛因斯坦的廣義相對(duì)論論文從德語翻譯成英語。有人說玻色把愛因斯坦當(dāng)成他的“祖師”。

    玻色的“錯(cuò)誤”能得出正確結(jié)果,這是因?yàn)楣庾觽兪遣荒鼙环直娉鰜淼,也就是不能把任何兩個(gè)同能量的光子當(dāng)作兩個(gè)能被明確識(shí)別的光子。比方說,如果在另一個(gè)宇宙里,硬幣表現(xiàn)得像光子及其他玻色子一樣,擲出兩正的概率會(huì)的而且確是三分之一(正反=反正)。玻色的“錯(cuò)誤”現(xiàn)在被稱為玻色-愛因斯坦統(tǒng)計(jì)。

    愛因斯坦采取了這個(gè)概念,并把它延伸到原子去。這為預(yù)測某個(gè)現(xiàn)象的存在鋪好了路,這個(gè)現(xiàn)象就是現(xiàn)在的玻色-愛因斯坦凝聚,在這現(xiàn)象中一組高密度的玻色子(自旋為整數(shù)的粒子,以玻色命名)在超低溫狀態(tài)中會(huì)成為玻色-愛因斯坦凝聚體,于1995年被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。

    軼事

    1.有一次大科學(xué)家尼爾斯·玻爾正在講課。玻色列席。講課者講著講著,中途在解釋某一點(diǎn)時(shí)有難處。他一直都在黑板上寫著;他停下來,轉(zhuǎn)向玻色,問道,“玻色教授能幫我個(gè)忙嗎?”講課期間薩特延德拉都在閉著眼坐著。聽眾們都忍不住向玻爾教授的話報(bào)以微笑。令他們驚奇的是,玻色張開了眼睛;一下子就把講課者的難題給解決了。之后他坐下來又把眼睛閉上了!

    2.1927年在意大利科莫舉行了科莫會(huì)議,除了愛因斯坦、薛定諤和狄拉克以外,當(dāng)代最著名了物理學(xué)家,包括玻爾、海森堡、普朗克、洛倫茲、德布羅意等都出席了。但是玻色卻沒有能夠出席,原因很離奇。因?yàn)楫?dāng)時(shí)大會(huì)向遠(yuǎn)在印度的玻色教授發(fā)出了邀請(qǐng)函,寄往了加爾各答大學(xué),署名“寄給加爾各答大學(xué)的玻色教授”。但是當(dāng)時(shí)玻色已經(jīng)離開加爾各答大學(xué)去了達(dá)卡大學(xué),而加爾各答大學(xué)還有一位姓玻色,全名叫做D.M.玻色的教授,而當(dāng)時(shí)的通訊并不如現(xiàn)在發(fā)達(dá),于是這位名不見經(jīng)傳的玻色就代替了當(dāng)時(shí)已經(jīng)很有名望的S.N.玻色,參加了眾星云集的科莫大會(huì)

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