萨特延德拉·纳特·玻色

萨特延德拉·纳特·玻色（সত্যেন্দ্র নাথ বসু，1894年1月1日－1974年2月4日），印度物理学家，专研数学物理，最著名的研究是1920年代早期的量子物理研究，该研究为玻色-爱因斯坦统计及玻色-爱因斯坦凝聚理论提供了基础。玻色子即命名自玻色。

尽管玻色子、玻色-爱因斯坦统计及玻色-爱因斯坦凝聚概念的相关研究所获得的诺贝尔奖不止一个──最近的是2001年的物理学奖，因对玻色-爱因斯坦凝聚的理论进展有贡献而获奖的──但玻色本人从未获得过诺贝尔物理学奖（1956年、1959年与1962年获得诺贝尔物理学奖提名）。他多才多艺，能说多国语言之余，还会弹爱斯拉吉琴（Esraj，一种跟小提琴相近的乐器）。

著名物理学家贾扬特·纳利卡在他的《科学边缘》一书中写道：“S·N·玻色的粒子物理研究（约1922年），其中阐明了光子的表现，并为统计遵从量子规则的微系统提供了机会，是二十世纪印度科学贡献的前十名之一，是可被视为诺贝尔奖级数的研究。”

## 早年及生平

玻色生于印度西孟加拉邦的加尔各答，是七名孩子中的长子。他的父亲苏伦特拉纳特·玻色（Surendranath Bose）曾任职于东印度铁路工程部。

玻色就读于加尔各答印度教学校（Hindu School），后就读于也位于加尔各答的院长学院（Presidency College, Kolkata），他在这两所当地知名学府时都获得了最高分。他接触了一些优秀的老师，如贾加迪什·钱德拉·玻色（Jagdish Chandra Bose，无血缘关系）及普拉富尔拉·钱德拉·罗伊（Prafulla Chandra Roy），他们都鼓舞了玻色要立好远大志向。他于1911年至1921年任加尔各答大学物理学系讲师。他于1921年转到了当时成立不久的达卡大学物理学系（现位于孟加拉境内），也是任职讲师。

玻色于1924年写了一篇推导普朗克量子辐射定律的论文（详见下节〈萨特延德拉·纳特·玻色#没错的错误〉），当中并没有提到任何古典物理。在开始时未能发表的挫折下，他把论文直接寄给身在德国的艾尔伯特·爱因斯坦。爱因斯坦意识到这篇论文的重要性，不但亲自把它翻译成德语，还以玻色的名义把论文递予名望颇高的《德国物理学刊》（Zeitschrift für Physik）发表。就是因为此次赏识，玻色能够第一次离开印度，前往欧洲并逗留两年，期间与路易·德布罗意、玛丽·居礼及爱因斯坦工作过。

玻色于1926年回到达卡，任教授兼物理学系主任，并继续留在达卡大学教学至1945年。那时候他回到了加尔各答，在加尔各答大学教学至1956年，他退休时被授予名誉教授头衔。

## 研究

### 玻色-爱因斯坦统计没错的错误

<image>

两正｜两反｜各一

共有三种可能性。那么两正的概率是多少？

硬币1

正｜反

硬币2｜正｜正正｜正反

反｜反正｜反反

由于两个硬币不同，产生一正一反的结果共有两个。得到两正的概率为四分之一。

有一次玻色在达卡大学讲课，课题是光电效应及紫外灾变，玻色打算向学生展示当时理论的不适之处，因为理论预测的结果跟实验不符。在讲课期间，玻色在应用理论时犯了错，意想不到的是居然得出一个跟实验一致的预测。（他后来将讲课内容改写成了一篇短文，叫《普朗克定律与光量子假说》。）

那错误是一个很简单的错──跟认为掷两枚硬币得两正面的概率是三分之一是一样的──任何对统计学有一点基础理解的人都知道有问题。然而预测结果跟实验吻合，使玻色意识到事有蹊跷。他首次提出麦克斯韦-玻尔兹曼分布对微观粒子不会成立，这是因为由海森堡测不准原理所导致的变动此时会大得足够构成影响。故此他强调在每个体积为h3的相空间中找到粒子的概率而舍弃粒子不同的位置和动量。

好几份物理学刊都没有为玻色发表论文。他们认为他所展现的是一个简单错误，而且玻色的发现被忽略了。灰心的他写了封信给爱因斯坦，爱因斯坦马上就同意他的观点。爱因斯坦写了一篇支持玻色理论的论文，递予《德国物理学刊》发表，并要求将这两篇论文一同发表，此时玻色的理论终于受到推崇。这是1924年的事。玻色早前曾经把爱因斯坦的广义相对论论文从德语翻译成英语。有人说玻色把爱因斯坦当成他的“导师”。

玻色的“错误”能得出正确结果，这是因为光子们是不能被分辨出来的，也就是不能把任何两个同能量的光子当作两个能被明确识别的光子。比方说，如果在另一个宇宙里，硬币表现得像光子及其他玻色子一样，掷出两正的几率的确是三分之一（正反=反正）。玻色的“错误”现在被称为玻色-爱因斯坦统计。

爱因斯坦采取了这个概念，并把它延伸到原子去。这为预测某个现象的存在铺好了路，这个现象就是现在的玻色-爱因斯坦凝聚，在这现象中一组高密度的玻色子（自旋为整数的粒子，以玻色命名）在超低温状态中会成为玻色-爱因斯坦凝聚体，于1995年被实验所证实。

## 往后的研究

在这以后玻色的概念在世界物理学界广受好评，达卡大学于1924年允许他休假到欧洲去旅行。他在法国度过了一年，跟玛丽·居礼共事，也跟多位知名科学家见过面。之后他又多游学一年，在柏林跟爱因斯坦共事。在1926年他回到达卡大学之后，就立即于被擢升为教授。他并没有博士学位，一般来说他是不够资格当教授的，但是爱因斯坦还是推荐了他。他的研究范围很广，从X射线晶体学到统一场理论都有涉猎。他还跟梅格纳德·萨哈一起发表了真实气体用的一条状态方程。

除物理以外，他还研究过生物化学及文学（孟加拉语及英语）。他还深入地学习过化学、地质学、动物学、人类学、工程学及其他科学。作为一个有孟加拉背景的印度人，他花了不少时间把孟加拉语推广为教学语言，将孟加拉语应用到他所翻译的科学上的论文，以及推广该地区的发展。

玻色于1944年被选为印度科学促进协会主席，1958年获选为英国皇家学会会员。

## 轶事

- 有一次大科学家尼尔斯·玻尔正在讲课。玻色列席。讲课者讲着讲着，中途在解释某一点时有难处。他一直都在黑板上写着；他停下来，转向玻色，问道，“玻色教授能帮我个忙吗？”讲课期间玻色都在闭着眼坐着。听众们都忍不住向波耳教授的话报以微笑。令他们惊奇的是，玻色张开了眼睛；一下子就把讲课者的难题给解决了，之后他坐下来又把眼睛闭上了。
- 1927年在意大利科莫举行了科莫会议，除了爱因斯坦、薛定谔和狄拉克以外，当代最著名了物理学家，包括玻尔、海森堡、普朗克、洛伦兹、德布罗意等都出席了。但是玻色却没有能够出席，原因很离奇。因为当时大会向远在印度的玻色教授发出了邀请函，寄往了加尔各答大学，署名“寄给加尔各答大学的玻色教授”。但是当时玻色已经离开加尔各答大学去了达卡大学，而加尔各答大学还有一位姓玻色，全名叫做D.M.玻色的教授，而当时的通讯并不如现在发达，于是这位名不见经传的玻色就代替了当时已经很有名望的S.N.玻色，参加了众星云集的科莫大会。

## 荣誉

<image>

科学与工业研究委员会（वैज्ञानिक तथा औद्योगिक अनुसंधान परिषद）顾问、印度物理学会和国家科学研究所主席。印度科学大会（भारतीय विज्ञान कांग्रेस）总主席。印度统计研究所（भारतीय सांख्यिकी संस्थान）副院长和院长。英国皇家学会会员。国会上议院议员。

In 1937, Rabindranath Tagore dedicated his only book on science, Visva–Parichay, to Satyendra Nath Bose. Bose was honoured with title Padma Vibhushan by the Indian Government in 1954. In 1959, he was appointed as the National Professor, the highest honour in the country for a scholar, a position he held for 15 years. In 1986, the S.N. Bose National Centre for Basic Sciences was established by an act of Parliament, Government of India, in Salt Lake, Calcutta.

Bose became an adviser to the then newly formed Council of Scientific and Industrial Research. He was the president of the Indian Physical Society and the National Institute of Science. He was elected general president of the Indian Science Congress. He was the vice-president and then the president of Indian Statistical Institute. In 1958, he became a Fellow of the Royal Society. He was nominated as member of Rajya Sabha.

Partha Ghose has stated that

### 诺贝尔奖提名

S.N. Bose 由 K. Banerji（1956）、D.S. Kothari（1959）、S.N. Bagchi（1962）和A.K. Dutta（1962）以表彰他对玻色-爱因斯坦统计和统一场论的贡献提名获得诺贝尔物理学奖。

例如，阿拉哈巴德大学物理系主任Kedareswar Banerjee在1956年1月12日给诺贝尔委员会的信中写道：

- 他（玻色）通过开发以他的名字命名的玻色统计，对物理学做出了非常杰出的贡献。近年，人们发现这一统计数据在基本粒子的分类中具有深远的意义，对核物理学的发展做出了巨大贡献。
- 从1953年至今，他在爱因斯坦统一场论上做出了许多具有深远影响的非常有趣的贡献。

诺贝尔委员会Oskar Klein评估他认为他确实值得获得诺贝尔奖。

## 遗产

<image>

Bosons, a class of elementary subatomic particles in particle physics were named by Dirac after Satyendra Nath Bose to commemorate his contributions to science.

Although seven Nobel Prizes were awarded for research related to S N Bose's concepts of the boson, Bose–Einstein statistics and Bose–Einstein condensate, Bose himself was not awarded a Nobel Prize.

In his book The Scientific Edge, physicist Jayant Narlikar observed:

When Bose himself was once asked that question, he simply replied, "I have got all the recognition I deserve"— probably because in the realms of science to which he belonged, what is important is not a Nobel, but whether one's name will live on in scientific discussions in the decades to come.

One of the main academic buildings of University of Rajshahi, the No 1 science building has recently been named after him.

On 4 June 2022, Google honoured Bose by featuring him on a Google Doodle marking the 98th anniversary of Bose sending his quantum formulations to the German scientist Albert Einstein who recognised it as a significant discovery in quantum mechanics.

## 参考资料

- 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.

## 外部链接

- 加尔各答印度人学校
- Scienceworld's 萨特延德拉·纳特·玻色的传记
- Satyendra Nath Bose （加尔各答网）上的传记
- 印度粒子人 （英国广播公司第四广播频道上的广播传记）
- Bosons - The Birds That Flock and Sing Together （玻色及玻色-爱因斯坦凝聚的传记）
- http://www.itbhu.org/chronicle/archives/2007/04/index.html#001206- 萨特延德拉·纳特·玻色与玻色-爱因斯坦凝聚的原理。

## 基本资料

- 原文名：সত্যেন্দ্র নাথ বসু
- 出生日期：1894年1月1日
- 出生地：英属印度加尔各答
- 居住地：印度
- 国籍：印度
- 逝世日期：1974年2月4日（80岁）
- 逝世地：印度加尔各答
- 研究领域：物理学
- 机构：加尔各答大学、达卡大学
- 母校：加尔各答大学院长学院
- 知名于：玻色-爱因斯坦凝聚、玻色-爱因斯坦统计、玻色气体