Σατέντραναθ Μπόους

Ο Σατέντραναθ Μπόους (αγγλ. Satyendra Nath Bose, βεγγ. সত্যেন্দ্রনাথ বসু, προφέρ. Σοτέντρονατ Μποσού, 1 Ιανουαρίου 1894 – 4 Φεβρουαρίου 1974) ήταν Ινδός θεωρητικός φυσικός.

Είναι γνωστότερος για την εργασία του στην κβαντομηχανική την εποχή που διαμορφώθηκε αυτή η βασική θεωρία (δεκαετία του 1920). Η συμβολή του θεμελίωσε τη λεγόμενη στατιστική Μπόους–Αϊνστάιν ( Bose–Einstein statistics) και τη θεωρία του συμπυκνώματος Bose-Einstein. Εκλέχθηκε εταίρος της Βασιλικής Εταιρείας και το 1954 τιμήθηκε με τη δεύτερη υψηλότερη διάκριση του ινδικού κράτους, την Padma Vibhushan.

Τα σωματίδια που ακολουθούν τη στατιστική Bose-Einstein ονομάσθηκαν μποζόνια από τον Πωλ Ντιράκ προς τιμή του Μπόους.

Ο Μπόους υπήρξε αυτοδίδακτος πολυμαθής και είχε ευρύτατα ενδιαφέροντα, που απλώνονταν στη χημεία, τη βιολογία, την ορυκτολογία, τη φιλοσοφία, τις τέχνες, τη λογοτεχνία και τη μουσική.

Τα πρώτα χρόνια
Ο Σατέντραναθ Μπόους γεννήθηκε στην Καλκούτα και ήταν το πρωτότοκο από τα επτά παιδιά (και ο μοναδικός γιος) μιας οικογένειας Βεγγαλέζων της ανώτερης κάστας Καγιάσθα. Οι πρόγονοί του κατάγονταν από το χωριό Bara Jagulia του διαμερίσματος Νάντια της Δυτικής Βεγγάλης. Ο πατέρας του, Σουρέντραναθ Μπόους, εργαζόταν στο τμήμα μηχανικού της Ανατολικής Ινδικής Εταιρείας Σιδηροδρόμων. Αφού πρώτα ο Σατέντραναθ έβγαλε την επίλεκτη λυκειακή σχολή Hindu School της Καλκούτας (το αρχαιότερο ίδρυμα δυτικής εκπαιδεύσεως σε ολόκληρη την Ασία, με έτος ιδρύσεως το 1817), έγινε δεκτός στο μέσο πρόγραμμα θετικών επιστημών στο Κολέγιο Presidency της Καλκούτας, όπου καθηγητές του υπήρξαν οι Τζαγκαντίς Τσάντρα Μπόους και Πραφούλα Τσάντρα Ρέι. Ο Μπόους επέλεξε τα εφαρμοσμένα μαθηματικά για προπτυχιακές σπουδές και ήλθε πρώτος στις πτυχιακές εξετάσεις το 1913. Συνέχισε και τελείωσε και πάλι πρώτος στην εξέταση για το μεταπτυχιακό δίπλωμα ειδίκευσης (MSc) το 1915, με πεδίο και πάλι τα εφαρμοσμένα μαθηματικά. Λέγεται μάλιστα ότι οι βαθμοί του στη δεύτερη εξέταση απετέλεσαν και νέο ρεκόρ στα χρονικά του Κολεγίου, το οποίο δεν έχει ακόμα καταρριφθεί.

Στη συνέχεια ο Μπόους εντάχθηκε στο προσωπικό του Πανεπιστημίου της Καλκούτας ως ερευνητής και διδάσκων (1916), και άρχισε τη μελέτη της Θεωρίας της Σχετικότητας, σε μια συναρπαστική εποχή για την εξέλιξη της φυσικής: Η πρώτη κβαντική θεωρία είχε μόλις εμφανισθεί και σημαντικά πειραματικά αποτελέσματα είχαν αρχίσει να δημοσιεύονται.

Το 1914, σε ηλικία 20 ετών, ο Σατέντραναθ Μπόους νυμφεύθηκε την Ουσαμπάτι Γκος, την ενδεκάχρονη κόρη ενός γνωστού γιατρού της Καλκούτας. Απέκτησαν μαζί εννέα τέκνα, από τα οποία τα δύο απεβίωσαν στην παιδική ηλικία. Κατά τον θάνατο του Μπόους το 1974 ζούσαν η σύζυγός του, δύο γιοι τους και πέντε κόρες τους.

Ο Μπόους μιλούσε αρκετές γλώσσες: τη βεγγαλική, την αγγλική, τη γαλλική, τη γερμανική, ενώ γνώριζε και τη σανσκριτική. Διάβαζε πολλή ποίηση και έπαιζε εσράτζ, ινδικό μουσικό όργανο παρόμοιο με το βιολί. Ασχολήθηκε επίσης ενεργά με την οργάνωση και διοίκηση εσπερινών σχολείων, που έγιναν γνωστά ως «Ιδρύματα των Εργαζόμενων Ανδρών».

Ερευνητική σταδιοδρομία
Οι καθηγητές του Μπόους στο Κολέγιο Presidency τον ενέπνευσαν στο να θέτει υψηλούς στόχους στη ζωή του. Από το 1916 έως το 1921 ο Μπόους εργαζόταν στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου της Καλκούτας. Μαζί με τον πρώην συμφοιτητή του στο Presidency Μεγκνάντ Σάχα συνέγραψαν το πρώτο βιβλίο στην αγγλική (βασισμένο σε μεταφράσεις από τη γερμανική και τη γαλλική των πρωτότυπων εργασιών) για την ειδική και τη γενική Θεωρία της Σχετικότητας το 1919. Το 1921 ο Μπόους έγινε λέκτορας στο Τμήμα Φυσικής του νεοϊδρυθέντος Πανεπιστημίου της Ντάκα (της σημερινής πρωτεύουσας του Μπανγκλαντές). Εκεί συνέστησε ολόκληρα νέα τμήματα και εργαστήρια, και έθεσε τις βάσεις για τη διδασκαλία προχωρημένων μαθημάτων, ενώ ο ίδιος δίδαξε θερμοδυναμική και την κλασική θεωρία του Μάξγουελ για τον ηλεκτρομαγνητισμό.

Οι Μπόους και Σάχα έκαναν αρκετές δημοσιεύσεις στη θεωρητική φυσική και στα καθαρά μαθηματικά από το 1918 και μετά. Το 1924 στο Πανεπιστήμιο της Ντάκα ο Μπόους έγραψε μια εργασία όπου εξήγε τον Νόμο του Πλανκ για την ακτινοβολία χωρίς την παραμικρή καταφυγή στην Κλασική Φυσική, με χρήση ενός νέου τρόπου για τη μέτρηση των φυσικών καταστάσεων με πανομοιότυπα σωματίδια. Αυτή η εργασία άνοιξε τον δρόμο για τη δημιουργία της κβαντικής στατιστικής. Όταν δεν έγινε δεκτή για δημοσίευση, την απέστειλε κατευθείαν στον ίδιο τον Άλμπερτ Αϊνστάιν, στη Γερμανία. Ο Αϊνστάιν, αναγνωρίζοντας τη σημασία της εργασίας, τη μετέφρασε στη γερμανική και την υπέβαλε για λογαριασμό του Μπόους στο αξιόλογο περιοδικό Zeitschrift für Physik. Ως αποτέλεσμα, ο Μπόους είχε την ευκαιρία να εργασθεί επί δύο έτη σε ευρωπαϊκά εργαστήρια κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ, συνεργαζόμενος επίσης με τον Λουί ντε Μπρολί, τη Μαρία Κιουρί και τον ίδιο τον Αϊνστάιν.

Η στατιστική Bose-Einstein
Διδάσκοντας στο Πανεπιστήμιο της Ντάκα την ακτινοβολία μέλανος σώματος και την απόκλιση του νόμου Rayleigh-Jeans από την πραγματικότητα στα μικρά μήκη κύματος (τη λεγόμενη «υπεριώδη καταστροφή»), ο Μπόους είχε για πρώτη φορά την ιδέα ότι η κατανομή Μάξγουελ-Μπόλτσμαν δεν ίσχυε για τα μικροσκοπικά (κβαντικά) σωματίδια, ενώ οι διακυμάνσεις εξαιτίας της Αρχής της απροσδιοριστίας θα ήταν σημαντικές. Τόνισε έτσι τη σημασία της πιθανότητας ευρέσεως των σωματιδίων στον χώρο των φάσεων, με κάθε κατάσταση να έχει «όγκο» h3, απορρίπτοντας τις έννοιες της μονοσήμαντης θέσεως και ορμής των σωματιδίων.

Ο Μπόους απέστειλε τη σύντομη σχετική εργασία του υπό τον τίτλο «Ο Νόμος του Πλανκ και η υπόθεσις των κβάντων του φωτός» στον Αϊνστάιν με το ακόλουθο συνοδευτικό σημείωμα:

«Σεβαστέ κύριε, προβαίνω στην αποστολή σε εσάς του συνημμένου άρθρου ζητώντας τη γνώμη σας. Είμαι ανυπόμονος να μάθω τι σκέπτεσθε για αυτό. Θα δείτε ότι έχω προσπαθήσει να εξαγάγω τον συντελεστή 8π ν2/c3 του Νόμου του Πλανκ ανεξάρτητα από την κλασική ηλεκτροδυναμική, με μόνη την παραδοχή ότι τελικώς η στοιχειώδης περιοχή του χώρου των φάσεων είναι h3. Δεν γνωρίζω αρκετά τη γερμανική ώστε να μεταφράσω την εργασία. Εάν νομίζετε ότι αξίζει να δημοσιευθεί, θα είμαι ευγνώμων αν κανονίζατε για τη δημοσίευσή της στο Zeitschrift für Physik [σ.σ. ακαδημαϊκό Περιοδικό για τη Φυσική]. Παρά το ότι είμαι τελείως άγνωστος σε εσάς, δεν αισθάνομαι δισταγμό στο να προβώ σε ένα τέτοιο αίτημα, επειδή είμαστε όλοι μαθητές σας, ως επωφελούμενοι από τις διδαχές σας μόνο μέσω των γραπτών σας. Δεν γνωρίζω εάν ενθυμείσθε ακόμη ότι κάποιος από την Καλκούτα είχε ζητήσει την άδειά σας προκειμένου να μεταφράσει τις εργασίες σας επί της Σχετικότητας στην αγγλική. Είχατε αποδεχθεί το αίτημα και το βιβλίο έχει εκδοθεί. Εγώ ήμουν εκείνος που μετέφρασε την εργασία σας επί της Γενικευμένης Σχετικότητος.»

Ο Αϊνστάιν δέχθηκε και μετέφρασε την εργασία του Μπόους στη γερμανική, και στη συνέχεια τη δημοσίευσε υπό το όνομα του Μπόους στο περιοδικό το 1924.

Ο λόγος για τον οποίο εξαγωγή του Μπόους έδινε τα σωστά αποτελέσματα ήταν ότι, αφού τα φωτόνια δεν μπορούν να διακριθούν το ένα από το άλλο, δεν μπορούμε να θεωρήσουμε οποιαδήποτε δύο φωτόνια ίσης ενέργειας ως δύο στατιστικώς ξεχωριστές οντότητες. Σε αναλογία, αν σε ένα «άλλο Σύμπαν» τα κέρματα συμπεριφέρονταν ως φωτόνια (και άλλα μποζόνια), η πιθανότητα να φέρουμε δύο διαδοχικές φορές «κορώνα» παίζοντας «κορώνα-γράμματα» θα ήταν 1 στις 3 αντί 1 στις 4. Γιατί; Διότι η κατάσταση να έρθει πρώτα κορώνα και μετά γράμματα θα ήταν ταυτόσημη με την κατάσταση να φέρουμε πρώτα γράμματα και μετά κορώνα, οπότε θα υπήρχε μία ενιαία κατάσταση στη θέση δύο διαφορετικών, ισοπίθανη με την κατάσταση «κορώνα-κορώνα» και την κατάσταση «γράμματα-γράμματα».

Η ερμηνεία του Μπόους ονομάζεται σήμερα στατιστική Bose-Einstein και έθεσε τα θεμέλια της κβαντικής στατιστικής, ενώ εισήγαγε τη νέα έννοια της μη διακρισιμότητας των σωματιδίων μεταξύ τους, όπως παραδέχθηκαν οι Αϊνστάιν και Ντιράκ. Όταν ο Αϊνστάιν συνάντησε τον Μπόους πρόσωπο με πρόσωπο, τον ρώτησε αν είχε συνειδητοποιήσει ότι είχε επινοήσει ένα νέο είδος στατιστικής. Ο Μπόους απάντησε με κάθε ειλικρίνεια ότι όχι, δεν ήταν τόσο εξοικειωμένος με τη στατιστική του Μπόλτσμαν και δεν συνειδητοποίησε ότι υπολόγιζε διαφορετικά τα πράγματα. Υπήρξε εξίσου ειλικρινής με κάθε άλλον που τον ρώτησε.

Το συμπύκνωμα Bose-Einstein

Ο ίδιος ο Αϊνστάιν δεν είχε επίσης αντιληφθεί αρχικώς το πόσο ριζοσπαστική ήταν η διαφορετική προσέγγιση του Μπόους. Στην πρώτη του εργασία για το θέμα καθοδηγήθηκε, όπως και ο Μπόους, από το γεγονός ότι η νέα μέθοδος έδινε το σωστό αποτέλεσμα. Αλλά μετά τη δεύτερη εργασία του με τη χρήση της, στην οποία ο Αϊνστάιν προέβλεπε το συμπύκνωμα Bose-Einstein, άρχισε να συνειδητοποιεί το πόσο ανατρεπτική ήταν, και τη συνέκρινε με τον κυματοσωματιδιακό δυΐσμό, λέγοντας ότι μερικά σωματίδια δεν συμπεριφέρονται ακριβώς σαν σωματίδια. Ο Μπόους είχε ήδη υποβάλει την αρχική εργασία του στο βρετανικό περιοδικό Philosophical Magazine, το οποίο την είχε απορρίψει, προτού τη στείλει στον Αϊνστάιν.

Ο Αϊνστάιν επεξέτεινε την ιδέα στα άτομα. Αυτό οδήγησε στην πρόβλεψη φαινομένων που έγιναν γνωστά ως συμπύκνωμα Bose-Einstein, μια συλλογή μποζονίων (σωματιδίων με ακέραιο σπιν, που ονομάσθηκαν έτσι προς τιμή του Μπόους), η οποία αποδείχθηκε ότι μπορεί να υπάρξει με ένα πείραμα που έγινε το 1995.

Στην Ντάκα

Μετά την παραμονή του στην Ευρώπη, ο Μπόους επέστρεψε στην Ντάκα το 1926. Δεν είχε διδακτορικό και έτσι σύμφωνα με τον κανόνα, δεν είχε τα τυπικά προσόντα για να καταλάβει τη θέση του Καθηγητή, για την οποία υπέβαλε υποψηφιότητα, αλλά τον συνέστησε ο Αϊνστάιν, οπότε έγινε Καθηγητής, αλλά και πρόεδρος του Τμήματος Φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Ντάκα. Διετέλεσε επιπλέον Κοσμήτορας της Σχολής Θετικών Επιστημών στο πανεπιστήμιο μέχρι το 1945.

Ο ίδιος ο Μπόους, παρότι θεωρητικός, σχεδίασε εξοπλισμό για ένα εργαστήριο Κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ. Οργάνωσε εργαστήρια και βιβλιοθήκες προκειμένου να καταστήσει το τμήμα κέντρο ερευνών στη φασματοσκοπία ακτίνων X, την περίθλαση ακτίνων X, τις μαγνητικές ιδιότητες της ύλης, την οπτική φασματοσκοπία και τις ενοποιημένες θεωρίες πεδίου. Μαζί με τον Μεγκνάντ Σάχα δημοσίευσαν μια καταστατική εξίσωση για πραγματικά αέρια.

Στην Καλκούτα
Με τον διαχωρισμό των Ινδιών σε Ινδία και Πακιστάν (1947), ο Μπόους επέστρεψε στην Καλκούτα και δίδαξε στο εκεί πανεπιστήμιο μέχρι το 1956. Επέμενε ο κάθε φοιτητής να σχεδιάζει τον δικό του εξοπλισμό και να τον φτιάχνει με τοπικά υλικά και με ντόπιους τεχνικούς. Μετά τη συνταξιοδότησή του έγινε αντιπρύτανης του Πανεπιστημίου Visva-Bharati στο Σαντινικετάν. Επέστρεψε όμως στο Πανεπιστήμιο της Καλκούτας για να συνεχίσει τις έρευνές του στην πυρηνική φυσική και να ολοκληρώσει προγενέστερο έργο στην οργανική χημεία. Τα επόμενα έτη εργάσθηκε στην εφαρμοσμένη έρευνα, όπως στην εξαγωγή ηλίου σε θερμές πηγές του Bakreshwar της Δυτικής Βεγγάλης.

Οι έρευνές του σε άλλα θέματα 
Πέρα από τη φυσική, ο Μπόους ερεύνησε θέματα της βιοτεχνολογίας και της λογοτεχνίας (βεγγαλικής και αγγλικής). Μελέτησε επιπλέον σε βάθος τη χημεία, τη γεωλογία, τη ζωολογία, την ανθρωπολογία, τη μηχανική και άλλες επιστήμες. Αφιέρωσε πολύ χρόνο στην προαγωγή της βεγγαλικής ως γλώσσας διδασκαλίας, μεταφράζοντας σε αυτή επιστημονικές δημοσιεύσεις και ενθαρρύνοντας την ανάπτυξη της περιοχής.

Τιμητικές διακρίσεις

Το 1937 ο Ραμπιντρανάθ Ταγκόρ αφιέρωσε το μοναδικό του βιβλίο με θέμα τις φυσικές επιστήμες, το Visva–Parichay, στον Σατέντραναθ Μπόους. Ο Μπόους τιμήθηκε το 1954 με τον τίτλο του Padma Vibhushan, τη δεύτερη υψηλότερη διάκριση του ινδικού κράτους, ενώ το 1959 διορίσθηκε «Εθνικός Καθηγητής», την υψηλότερη τιμή της χώρας του για διανοούμενο, μια θέση που κατείχε επί 15 έτη. Το 1986, με πράξη του ινδικού κοινοβουλίου, ιδρύθηκε το ομώνυμο Εθνικό Κέντρο για τις Βασικές Επιστήμες «S.N. Bose» στην «Αλμυρή Λίμνη» της Καλκούτας.

Ο Μπόους διορίσθηκε σύμβουλος στο τότε νεοσυσταθέν Συμβούλιο Επιστημονικών και Βιομηχανικών Ερευνών (CSIR). Διετέλεσε πρόεδρος της Ινδικής Φυσικής Εταιρείας και του Εθνικού Ινστιτούτου Επιστημών, γενικός πρόεδρος της Ινδικής Συνελεύσεως Επιστημών και αντιπρόεδρος και στη συνέχεια πρόεδρος του Ινδικού Ινστιτούτου Στατιστικής. Το 1958 έγινε εταίρος (Fellow) της Βασιλικής Εταιρείας του Λονδίνου. Του προτάθηκε τέλος να γίνει μέλος της Ράτζια Σάμπα, δηλαδή της Άνω Βουλής της Ινδίας.

Ο Ινδός φυσικός, συγγραφέας και φιλόσοφος Πάρθα Γκόσε έχει δηλώσει ότι το έργο του Μπόους στέκει ως ορόσημο «στη μετάβαση από την παλαιά κβαντική θεωρία των Πλανκ, Μπορ και Αϊνστάιν στη νέα κβαντομηχανική των Σρέντινγκερ, Χάιζενμπεργκ, Μπορν, Ντιράκ και άλλων».

Υποψηφιότητα για Βραβείο Nobel

Παρά το ότι αρκετά Βραβεία Νόμπελ έχουν απονεμηθεί για έρευνες που σχετίζονται με τις έννοιες του μποζονίου, της στατιστικής Bose-Einstein και του συμπυκνώματος Bose-Einstein, ο ίδιος ο Μπόους δεν βραβεύθηκε ποτέ με Βραβείο Νόμπελ.

Στην πραγματικότητα, ο Μπόους είχε προταθεί ως υποψήφιος για Νόμπελ Φυσικής από τους K. Banerjee (1956), D.S. Kothari (1959), S.N. Bagchi και A.K. Dutta (1962) εξαιτίας της συμβολής του στη στατιστική Bose-Einstein και στην ενοποιημένη θεωρία πεδίου. Π.χ. ο Kedareswar Banerjee, επικεφαλής του Τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου του Αλαχαμπάντ, σε επιστολή της 12ης Ιανουαρίου 1956 προς την Επιτροπή των Βραβείων Νόμπελ έγραφε:(1). (Ο Μπόους) έχει πραγματοποιήσει εξέχουσες συνεισφορές στη φυσική αναπτύσσοντας τη στατιστική που είναι γνωστή με το όνομά του ως «στατιστική Bose». Κατά τα πρόσφατα έτη αυτή η στατιστική βρέθηκε ότι έχει θεμελιώδη σημασία στις ταξινομήσεις των θεμελιωδών σωματίων και έχει συντελέσει καθοριστικά στην ανάπτυξη της πυρηνικής φυσικής. (2). Την περίοδο από το 1953 μέχρι τούδε έχει επιτελέσει έναν αριθμό υψηλού ενδιαφέροντος συνεισφορών, με συνέπειες που φθάνουν μακριά, στο θέμα της ενοποιημένης Θεωρίας Πεδίου του Αϊνστάιν.Το έργο του Μπόους αποτιμήθηκε από έναν ειδήμονα της Επιτροπής Νόμπελ, τον Όσκαρ Κλάιν, ο οποίος δεν έκρινε το έργο του άξιο ενός Βραβείου Νόμπελ.

Στο βιβλίο του The Scientific Edge ο Ινδός φυσικός Τζαγιάντ Νάρλικαρ παρατηρεί: Το έργο του S.N. Bose πάνω στη σωματιδιακή στατιστική (περ. 1922), το οποίο ξεκαθάρισε τη συμπεριφορά των φωτονίων... ...και άνοιξε τη θύρα σε νέες ιδέες πάνω στη στατιστική των μικροσυστημάτων που υπακούουν στους κανόνες της κβαντικής θεωρίας, υπήρξε ένα από τα δέκα κορυφαία επιτεύγματα της ινδικής επιστήμης του 20ού αιώνα και θα μπορούσε να θεωρηθεί ότι ανήκει στην τάξη εκείνων που είναι άξια για Βραβείο Νόμπελ.
Ερωτηθείς κάποτε ο ίδιος ο Μπόους σχετικώς, απάντησε απλώς: «Έχω λάβει όλη την αναγνώριση που μου άξιζε»· ίσως επειδή στην επικράτεια της επιστήμης στην οποία ανήκε αυτό που είναι σημαντικό δεν είναι ένα Νόμπελ, αλλά το εάν το όνομα κάποιου θα επιβιώνει στις επιστημονικές συζητήσεις κατά τις μελλοντικές δεκαετίες.

Παραπομπές

Πηγές
 Pais, Abraham: Subtle is the Lord...: The Science and Life of Albert Einstein, Oxford University Press, Οξφόρδη και Νέα Υόρκη 1982, σσ. 423-434
 Pitaevskii, Lev & Stringari, Sandro: Bose–Einstein Condensation, Clarendon Press, Οξφόρδη 2003

Εξωτερικοί σύνδεσμοι
 
 
 Πρόγραμμα ανταλλαγής ερευνητών S.N. Bose
  του Raja Choudhury

Ινδοί φυσικοί
Ινδοί μαθηματικοί
Ινδοί χημικοί