Satyendra Nath Bose

Satyendra Nath Bose ( / ˈ b oʊ s / ; ^{[ 4 ] [ a ]} ​​1 de enero de 1894 – 4 de febrero de 1974) fue un físico teórico y matemático indio . Es conocido principalmente por su trabajo en mecánica cuántica a principios de la década de 1920, por desarrollar los fundamentos de la estadística de Bose-Einstein y por la teoría del condensado de Bose-Einstein . Miembro de la Royal Society , recibió en 1954 el Padma Vibhushan , la segunda condecoración civil más alta de la India, otorgada por el Gobierno de la India . ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

La clase de partículas epónimas descritas por la estadística de Bose, los bosones , fueron nombradas por Paul Dirac . ^{[ 8 ] [ 9 ]}

Polímata , tenía un amplio abanico de intereses en diversos campos, como la física , las matemáticas , la química , la biología , la mineralogía , la filosofía , las artes , la literatura y la música . Formó parte de numerosos comités de investigación y desarrollo en la India tras la independencia . ^{[ 10 ]}

Bose nació en Calcuta (ahora Kolkata), el mayor de siete hijos en una familia bengalí Kayastha . ^{[ 11 ]} El padre de Bose era Surendra Nath. La madre de Bose era ( Sra. ) Amodini Debi. Surendra era contador y trabajaba en los Ferrocarriles de la India Oriental . ^{[ 12 ]} Bose era el único varón, con seis hermanas después de él. Su hogar ancestral estaba en la aldea de Bara Jagulia, en el distrito de Nadia , en la Presidencia de Bengala . Su escolarización comenzó a la edad de cinco años, cerca de su casa. Cuando su familia se mudó a Goabagan, fue admitido en la Nueva Escuela India. En su último año de escuela, fue admitido en la Escuela Hindú . Aprobó su examen de ingreso ( matriculación ) en 1909 y quedó quinto en el orden de mérito. Posteriormente, se matriculó en el curso intermedio de ciencias del Presidency College de Calcuta , donde tuvo como profesores a Jagadish Chandra Bose , Sarada Prasanna Das y Prafulla Chandra Ray .

Bose recibió una licenciatura en matemáticas mixtas del Presidency College , obteniendo el primer puesto en 1913. Luego se unió al recién fundado Science College de Sir Ashutosh Mukherjee, donde nuevamente obtuvo el primer puesto en el examen de maestría en matemáticas mixtas (MSc) en 1915. Su calificación en el examen de maestría estableció un nuevo récord en los anales de la Universidad de Calcuta , que aún no ha sido superado. ^{[ 13 ]}

Tras completar su maestría, Bose se unió al Science College de la Universidad de Calcuta como investigador en 1916 y comenzó sus estudios sobre la teoría de la relatividad . Era una época apasionante en la historia del progreso científico. La teoría cuántica acababa de surgir y ya empezaban a aparecer resultados significativos. ^{[ 13 ]}

Su padre, Surendranath Bose, trabajaba en el Departamento de Ingeniería de la Compañía de Ferrocarriles de la India Oriental . En 1914, a los 20 años, Satyendra Nath Bose se casó con Ushabati Ghosh, ^{[ 3 ] [ 14 ]} la hija de 11 años de un destacado médico de Calcuta. ^{[ 15 ]} Tuvieron nueve hijos, dos de los cuales murieron en la primera infancia. Cuando murió en 1974, dejó a su esposa, dos hijos y cinco hijas. ^{[ 13 ]}

Como políglota , Bose dominaba varios idiomas como el bengalí , el inglés, el francés, el alemán y el sánscrito, así como la poesía de Lord Tennyson , Rabindranath Tagore y Kalidasa . En Europa, impresionó a su anfitriona, Jacqueline Zadoc-Kahn, con su conocimiento del hebreo en la literatura y la religión. ^{[ 16 ]} Sabía tocar el esraj , un instrumento indio similar al violín. ^{[ 17 ]} Participó activamente en la dirección de escuelas nocturnas que llegaron a conocerse como el Instituto de Trabajadores. ^{[ 7 ] [ 18 ]}

Bose asistió a la Escuela Hindú en Calcuta y posteriormente al Presidency College , también en Calcuta, obteniendo las mejores calificaciones en ambas instituciones, mientras que su compañero de estudios y futuro astrofísico Meghnad Saha quedó en segundo lugar. ^{[ 7 ]} Entró en contacto con maestros como Jagadish Chandra Bose , Prafulla Chandra Ray y Naman Sharma, quienes lo inspiraron a aspirar a lo más alto en la vida. De 1916 a 1921, fue profesor en el departamento de física del Rajabazar Science College, dependiente de la Universidad de Calcuta . Junto con Saha, Bose preparó el primer libro en inglés basado en traducciones al alemán y al francés de artículos originales sobre la relatividad especial y general de Einstein en 1919.

En 1921, Satyendra Nath Bose se unió como lector al Departamento de Física de la recién fundada Universidad de Dhaka (en el actual Bangladesh). ^{[ 19 ]} Bose creó departamentos completamente nuevos, incluyendo laboratorios, para impartir cursos avanzados para las licenciaturas y maestrías con honores, y enseñó termodinámica , así como la teoría del electromagnetismo de James Clerk Maxwell . ^{[ 20 ]}

Bose, junto con el astrofísico indio Meghnad Saha , presentó varios trabajos en física teórica y matemáticas puras a partir de 1918. En 1924, mientras era profesor titular en el Departamento de Física de la Universidad de Dhaka , Bose escribió un artículo que deducía la ley de radiación cuántica de Planck sin ninguna referencia a la física clásica , utilizando una novedosa forma de contar estados con partículas idénticas . Este trabajo fue fundamental para la creación del importante campo de la estadística cuántica . ^{[ 21 ]} Aunque no fue aceptado de inmediato para su publicación, envió el artículo directamente a Albert Einstein en Alemania. Einstein, reconociendo la importancia del trabajo, lo tradujo al alemán y lo presentó en nombre de Bose a la Zeitschrift für Physik . Como resultado de este reconocimiento, Bose pudo trabajar durante dos años en laboratorios europeos de rayos X y cristalografía , durante los cuales trabajó con Louis de Broglie , Marie Curie y Einstein. ^{[ 7 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}

Estadísticas de Bose-Einstein

Mientras presentaba una conferencia ^{[ 25 ]} en la Universidad de Dhaka sobre la teoría de la radiación y la catástrofe ultravioleta , Bose pretendía mostrar a sus estudiantes que la teoría contemporánea era inadecuada, porque predecía resultados que no estaban de acuerdo con los resultados experimentales.

Al describir esta discrepancia, Bose sostuvo por primera vez que la distribución de Maxwell-Boltzmann no sería válida para partículas microscópicas, donde las fluctuaciones debidas al principio de incertidumbre de Heisenberg serían significativas. Por lo tanto, enfatizó la probabilidad de encontrar partículas en el espacio de fases , ^donde cada estado tiene un volumen h³ , y descartó la posición y el momento distintos de las partículas.

Bose adaptó esta conferencia en un breve artículo titulado "La ley de Planck y la hipótesis de los cuantos de luz" y se lo envió a Albert Einstein con la siguiente carta: ^{[ 26 ]}

Estimado señor, me he atrevido a enviarle el artículo adjunto para su lectura y opinión. Me interesa mucho saber qué piensa al respecto. Verá que he intentado deducir el coeficiente 8π ν ² / c ³ en la Ley de Planck independientemente de la electrodinámica clásica, asumiendo únicamente que la región elemental última en el espacio de fases tiene el contenido h ³ . No sé suficiente alemán para traducir el artículo. Si considera que el artículo merece ser publicado, le agradecería que gestionara su publicación en Zeitschrift für Physik . Aunque soy un completo desconocido para usted, no siento ninguna duda al hacerle esta petición. Porque todos somos sus alumnos, aunque solo nos beneficiemos de sus enseñanzas a través de sus escritos. No sé si aún recuerda que alguien de Calcuta le pidió permiso para traducir sus artículos sobre Relatividad al inglés. Usted accedió a la petición. El libro ya se ha publicado. Yo fui quien tradujo su artículo sobre Relatividad Generalizada.

Einstein estuvo de acuerdo con él, tradujo los artículos de Bose "La ley de Planck y la hipótesis de los cuantos de luz" al alemán y los publicó en Zeitschrift für Physik bajo el nombre de Bose en 1924. ^{[ 27 ]}

(1) Hay tres resultados posibles. ¿Cuál es la probabilidad de obtener dos caras?

(2) Dado que las monedas son distintas, hay dos resultados posibles: cara y cruz. La probabilidad de obtener dos caras es de un cuarto.

La razón por la que la interpretación de Bose produjo resultados precisos fue que, dado que los fotones son indistinguibles entre sí, no se puede tratar a dos fotones cualesquiera con la misma energía como dos fotones distintos e identificables. Por analogía, si en un universo alternativo las monedas se comportaran como fotones y otros bosones , la probabilidad de obtener dos caras sería de un tercio (cara-cruz = cara-cruz).

La interpretación de Bose se conoce ahora como estadística de Bose-Einstein . Este resultado, derivado por Bose, sentó las bases de la estadística cuántica , y especialmente de la revolucionaria concepción filosófica de la indistinguibilidad de las partículas, reconocida por Einstein y Dirac. ^{[ 27 ]} Cuando Einstein se encontró cara a cara con Bose, le preguntó si era consciente de que había inventado un nuevo tipo de estadística, y Bose respondió con franqueza que no, que no estaba muy familiarizado con la estadística de Boltzmann y que no se había dado cuenta de que estaba realizando los cálculos de forma diferente.

Condensado de Bose-Einstein

Einstein tampoco se percató al principio de lo radical que era la desviación de Bose, y en su primer artículo tras la publicación de Bose, se guió, al igual que Bose, por el hecho de que el nuevo método daba la respuesta correcta. Pero después del segundo artículo de Einstein utilizando el método de Bose, en el que predijo el condensado de Bose-Einstein ( en la imagen de la izquierda ), empezó a comprender lo radical que era, y lo comparó con la dualidad onda-partícula, afirmando que algunas partículas no se comportaban exactamente como tales. Bose ya había enviado su artículo a la revista británica Philosophical Magazine , que lo rechazó antes de que se lo enviara a Einstein. Se desconoce el motivo del rechazo. ^{[ 29 ]}

Einstein adoptó la idea y la extendió a los átomos. Esto condujo a la predicción de la existencia de un fenómeno conocido como condensado de Bose-Einstein , una densa colección de bosones (partículas con espín entero , llamadas así en honor a Bose), cuya existencia se demostró experimentalmente en 1995.

Daca

Tras su estancia en Europa, Bose regresó a Dhaka en 1926. No poseía un doctorado, por lo que, según la normativa vigente, no habría estado cualificado para el puesto de profesor al que se postuló, pero Einstein lo recomendó. Fue entonces nombrado jefe del Departamento de Física de la Universidad de Dhaka . Continuó impartiendo clases y dirigiendo proyectos en dicha universidad, y fue decano de la Facultad de Ciencias hasta 1945.

Bose diseñó él mismo el equipo para un laboratorio de cristalografía de rayos X. Creó laboratorios y bibliotecas para convertir el departamento en un centro de investigación en espectroscopia de rayos X, difracción de rayos X, propiedades magnéticas de la materia, espectroscopia óptica, comunicaciones inalámbricas y teorías de campo unificado . También publicó una ecuación de estado para gases reales junto con Meghnad Saha .

En 1937, Rabindranath Tagore dedicó su único libro sobre ciencia, Visva-Parichay , a Satyendra Nath Bose. Bose fue honrado con el título de Padma Vibhushan por el Gobierno de la India en 1954. En 1959, fue nombrado Profesor Nacional, el máximo honor del país para un académico, cargo que ocupó durante 15 años. En 1986, el Centro Nacional SN Bose para las Ciencias Básicas fue establecido por una ley del Parlamento del Gobierno de la India en Salt Lake, Calcuta. ^{[ 33 ] [ 34 ]}

Bose se convirtió en asesor del recién formado Consejo de Investigación Científica e Industrial . Fue presidente de la Sociedad Física India y del Instituto Nacional de Ciencias. Fue elegido presidente general del Congreso Científico Indio . Fue vicepresidente y luego presidente del Instituto Estadístico Indio . En 1958, fue nombrado miembro de la Royal Society . Fue nominado como miembro del Rajya Sabha .

Partha Ghose ha declarado que ^{[ 7 ]}

El trabajo de Bose se situó en la transición entre la " vieja teoría cuántica " de Planck, Bohr y Einstein y la nueva mecánica cuántica de Schrödinger , Heisenberg , Born , Dirac y otros.

Los bosones , una clase de partículas subatómicas elementales en física de partículas, fueron nombrados por Dirac en honor a Satyendra Nath Bose para conmemorar sus contribuciones a la ciencia. ^{[ 38 ] [ 39 ]}

El premio Nobel soviético Lev Landau mantuvo una lista de nombres de físicos a los que clasificó hasta 5 en una escala logarítmica de productividad, donde los números más bajos indicaban mayor productividad. Albert Einstein obtuvo el 0,5. Landau otorgó el 1 a Bose, junto con los padres fundadores de la mecánica cuántica , Niels Bohr , Werner Heisenberg , Paul Dirac y Erwin Schrödinger , entre otros. Landau se clasificó a sí mismo con un 2,5, pero posteriormente ascendió a un 2. ^{[ 40 ] [ 41 ]}

Aunque se otorgaron siete premios Nobel por investigaciones relacionadas con los conceptos de SN Bose sobre el bosón , la estadística de Bose-Einstein y el condensado de Bose-Einstein , el propio Bose no recibió el Premio Nobel.

En su libro The Scientific Edge , el físico Jayant Narlikar observó:

El trabajo de S. N. Bose sobre estadística de partículas (c. 1922), que aclaró el comportamiento de los fotones (las partículas de luz en un recinto) y abrió la puerta a nuevas ideas sobre la estadística de microsistemas que obedecen las reglas de la teoría cuántica, fue uno de los diez mayores logros de la ciencia india del siglo XX y podría considerarse merecedor del Premio Nobel. ^{[ 42 ]}

Cuando al propio Bose le hicieron esa pregunta, respondió: "He recibido todo el reconocimiento que merezco". ^{[ 43 ]}

Uno de los principales edificios académicos de la Universidad de Rajshahi , el edificio de ciencias número 1, lleva su nombre.

El Doodle de Google del 4 de junio de 2022 presentó a Bose, en el 98.º aniversario de cuando envió su trabajo a Einstein. ^{[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]}

• Bose (1924), "Plancks Gesetz und Lichtquantenhypothese", Zeitschrift für Physik (en alemán), 26 (1): 178– 181, Bibcode : 1924ZPhy...26..178B , doi : 10.1007/BF01327326 , S2CID 186235974 .

• Obras de o sobre Satyendra Nath Bose en el Archivo de Internet
• Satyendra Nath Bose en la Encyclopædia Britannica
• Pais, Abraham (1982), Subtle is the Lord...: The Science and Life of Albert Einstein , Oxford y Nueva York: Oxford University Press, pp. 423–34 , ISBN  978-0-19-853907-0.
• Saha; Srivasthava, Calor y termodinámica.
• Pitaevskii, Lev ; Stringari, Sandro (2003), Condensación de Bose-Einstein , Oxford: Clarendon Press.
• Wali, Kameshwar C (2009), Satyendra Nath Bose: su vida y su época (obras selectas con comentarios), Singapur: World Scientific, ISBN 978-981-279-070-5
• O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F. , "Satyendra Nath Bose" , Archivo MacTutor de Historia de las Matemáticas , Universidad de St Andrews
• "Bosones: los pájaros que vuelan y cantan juntos" , Vigyan Prasar , IN , enero de 2002(Biografía de Bose y condensación de Bose-Einstein).
• Programa de Becas SN Bose , Wisconsin, 25 de abril de 2023.
• Los indios cuánticos: película sobre Bose, Raman y Saha en YouTube , realizada por Raja Choudhury y producida por PSBT y la Diplomacia Pública de la India .