薩特延德拉·納特·玻色
早年及生平
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校(英語:Hindu School, Kolkata)(Hindu School),后就讀于也位于加爾各答的院長學院(Presidency College),他在這兩所當?shù)刂麑W府時都獲得了最高分。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,無血緣關系)及普拉富爾拉·錢德拉·羅伊(英語:Prafulla Chandra Roy)(Prafulla Chandra Roy),他們都鼓舞了玻色要立好遠大志向。他于1911年至1921年任加爾各答大學物理學系講師。他于1921年轉到了當時成立不久的達卡大學物理學系(現(xiàn)位于孟加拉境內(nèi)),也是任職講師。
玻色于1924年寫了一篇推導普朗克量子輻射定律的論文(詳見下節(jié)〈薩特延德拉·納特·玻色#沒錯的錯誤〉),當中并沒有提到任何經(jīng)典物理。在開始時未能發(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《德國物理學刊》(Zeitschrift für Physik)發(fā)表。就是因為此次賞識,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·德布羅意、居里夫人及愛因斯坦工作過。
玻色于1926年回到達卡,任教授兼物理學系主任,并繼續(xù)留在達卡大學教學至1945年。那時候他回到了加爾各答,在加爾各答大學教學至1956年,他退休時被授予名譽教授頭銜。
沒錯的錯誤
共有三種可能性。那么兩正的概率是多少?
由于兩個硬幣不同,產(chǎn)生一正一反的結果共有兩個。得到兩正的概率為四分之一。
有一次玻色在達卡大學講課,課題是光電效應及紫外災變,玻色打算向學生展示當時理論的不適之處,因為理論預測的結果跟實驗不符。在講課期間,玻色在應用理論時犯了錯,意想不到的是居然得出一個跟實驗一致的預測。(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》。)
那錯誤是一個很簡單的錯──跟認為擲兩枚硬幣得兩正面的概率是三分之一是一樣的──任何對統(tǒng)計學有一點基礎理解的人都知道有問題。然而預測結果跟實驗吻合,使玻色意識到事有蹊蹺。他首次提出麥克斯韋-玻爾茲曼分布對微觀粒子不會成立,這是因為由海森堡測不準原理所導致的變動此時會大得足夠構成影響。故此他強調(diào)在每個體積為h的相空間中找到粒子的概率而舍棄粒子不同的位置和動量。
好幾份物理學刊都沒有為玻色發(fā)表論文。他們認為他所展現(xiàn)的是一個簡單錯誤,而且玻色的發(fā)現(xiàn)被忽略了?;倚牡乃麑懥朔庑沤o愛因斯坦,愛因斯坦馬上就同意他的觀點。愛因斯坦寫了一篇支持玻色理論的論文,遞予《德國物理學刊》發(fā)表,并要求將這兩篇論文一同發(fā)表,此時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論論文從德語翻譯成英語。有人說玻色把愛因斯坦當成他的“導師”。
玻色的“錯誤”能得出正確結果,這是因為光子們是不能被分辨出來的,也就是不能把任何兩個同能量的光子當作兩個能被明確識別的光子。比方說,如果在另一個宇宙里,硬幣表現(xiàn)得像光子及其他玻色子一樣,擲出兩正的概率的確是三分之一(正反=反正)。玻色的“錯誤”現(xiàn)在被稱為玻色-愛因斯坦統(tǒng)計。
愛因斯坦采取了這個概念,并把它延伸到原子去。這為預測某個現(xiàn)象的存在鋪好了路,這個現(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)中會成為玻色-愛因斯坦凝聚態(tài),于1995年被實驗所證實。
往后的研究
在這以后玻色的概念在世界物理學界廣受好評,達卡大學于1924年允許他休假到歐洲去旅行。他在法國度過了一年,跟居里夫人共事,也跟多位知名科學家見過面。之后他又多游學一年,在柏林跟愛因斯坦共事。在1926年他回到達卡大學之后,就立即于被擢升為教授。他并沒有博士學位,一般來說他是不夠資格當教授的,但是愛因斯坦還是推薦了他。他的研究范圍很廣,從X射線晶體學到統(tǒng)一場理論都有涉獵。他還跟梅格納德·薩哈一起發(fā)表了真實氣體用的一條狀態(tài)方程。
除物理以外,他還研究過生物化學及文學(孟加拉語及英語)。他還深入地學習過化學、地質(zhì)學、動物學、人類學、工程學及其他科學。作為一個有孟加拉背景的印度人,他花了不少時間把孟加拉語推廣為教學語言,將孟加拉語應用到他所翻譯的科學上的論文,以及推廣該地區(qū)的發(fā)展。
玻色于1944年被選為印度科學促進協(xié)會主席,1958年獲選為英國皇家學會會員。
軼事
有一次大科學家尼爾斯·玻爾正在講課。玻色列席。講課者講著講著,中途在解釋某一點時有難處。他一直都在黑板上寫著;他停下來,轉向玻色,問道,“玻色教授能幫我個忙嗎?”講課期間玻色都在閉著眼坐著。聽眾們都忍不住向玻爾教授的話報以微笑。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。
1927年在意大利科莫舉行了科莫會議,除了愛因斯坦、薛定諤和狄拉克以外,當代最著名了物理學家,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。因為當時大會向遠在印度的玻色教授發(fā)出了邀請函,寄往了加爾各答大學,署名“寄給加爾各答大學的玻色教授”。但是當時玻色已經(jīng)離開加爾各答大學去了達卡大學,而加爾各答大學還有一位姓玻色,全名叫做D.M.玻色的教授,而當時的通訊并不如現(xiàn)在發(fā)達,于是這位名不見經(jīng)傳的玻色就代替了當時已經(jīng)很有名望的S.N.玻色,參加了眾星云集的科莫大會。
參考資料
S. N. Bose. "Plancks Gesetz und Lichtquantenhypothese", Zeitschrift für Physik 26:178-181 (1924). (The German translation of Bose"s paper on Planck"s law)
Abraham Pais. "Subtle is the Lord...": The Science and Life of Albert Einstein. Oxford and New York: Oxford University Press, 1982. (pp. 423-434). ISBN 0-19-853907-X.
"Heat and thermodynamics" Saha and Srivasthava.
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