Satyendra Nath Bose

Satyendra Nath Bose (1 de enero de 1894 - 4 de febrero de 1974) fue un matemático y físico indio especializado en física teórica. Es mejor conocido por su trabajo sobre mecánica cuántica a principios de la década de 1920, en el desarrollo de la base para las estadísticas de Bose y la teoría del condensado de Bose. Miembro de la Royal Society, recibió el segundo premio civil más importante de la India, el Padma Vibhushan, en 1954 por parte del Gobierno de la India.

La clase de partículas que obedecen a las estadísticas de Bose, los bosones, recibió su nombre de Bose por Paul Dirac.

Un erudito, tenía una amplia gama de intereses en diversos campos, incluyendo la física, las matemáticas, la química, la biología, la mineralogía, la filosofía, las artes, la literatura y la música. Sirvió en muchos comités de investigación y desarrollo en la India soberana.

Primeros años de vida

Bose nació en Calcuta (ahora Kolkata), el mayor de siete hijos en una familia bengalí Kayastha. Era el único hijo, con seis hermanas después de él. Su hogar ancestral estaba en el pueblo 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 New Indian School. En el último año de la escuela, fue admitido en la Escuela Hindú. Aprobó su examen de ingreso (matriculación) en 1909 y ocupó el quinto lugar en la orden de mérito. Luego se unió al curso intermedio de ciencias en el Presidency College, Calcuta, donde sus maestros incluyeron a Jagadish Chandra Bose, Sarada Prasanna Das y Prafulla Chandra Ray.

Bose recibió una licenciatura en matemáticas mixtas de Presidency College, ocupando el primer lugar en 1913. Luego se unió a la recién formada Facultad de Ciencias de Sir Ashutosh Mukherjee, donde nuevamente ocupó el primer lugar en el examen de maestría en matemáticas mixtas en 1915. Sus calificaciones en el examen de maestría crearon un nuevo récord en los anales de la Universidad de Calcuta, que aún no se ha superado.

Después de completar su maestría, Bose se unió a la Facultad de Ciencias de la Universidad de Calcuta como becario de investigación en 1916 y comenzó sus estudios en la teoría de la relatividad. Fue una era apasionante en la historia del progreso científico. La teoría cuántica acababa de aparecer en el horizonte y los resultados importantes habían comenzado a llegar.

Su padre, Surendranath Bose, trabajaba en el Departamento de Ingeniería de East Indian Railway Company. En 1914, a los 20 años, Satyendra Nath Bose se casó con Ushabati Ghosh, la hija de 11 años de un destacado médico de Calcuta. 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.

Como políglota, Bose conocía bien varios idiomas, como bengalí, inglés, francés, alemán y sánscrito, así como la poesía de Lord Tennyson, Rabindranath Tagore y Kalidasa. Podía tocar el esraj, un instrumento musical indio similar a un violín. Participó activamente en la gestión de escuelas nocturnas que llegaron a conocerse como el Instituto de Trabajadores.

Carrera investigadora

Bose asistió a la Escuela Hindú en Calcuta y luego asistió al Presidency College, también en Calcuta, obteniendo las calificaciones más altas en cada institución, mientras que su compañero de estudios y futuro astrofísico Meghnad Saha quedó en segundo lugar. Se puso en contacto con maestros como Jagadish Chandra Bose, Prafulla Chandra Ray y Naman Sharma, quienes le brindaron inspiración para apuntar alto en la vida. De 1916 a 1921, fue profesor en el departamento de física del Rajabazar Science College 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, se incorporó como lector del Departamento de Física de la recién fundada Universidad de Dhaka (en Bangladesh actual).Bose estableció departamentos completamente nuevos, incluidos laboratorios, para impartir cursos avanzados para maestrías y licenciaturas con honores y enseñó termodinámica, así como la teoría del electromagnetismo de James Clerk Maxwell.

Satyendra Nath Bose, junto con Saha, presentó varios artículos sobre física teórica y matemáticas puras desde 1918 en adelante. En 1924, mientras trabajaba como lector (profesor sin cátedra) en el Departamento de Física de la Universidad de Dhaka, Bose escribió un artículo que derivaba la ley de radiación cuántica de Planck sin ninguna referencia a la física clásica utilizando una forma novedosa de contar estados con partículas idénticas.. Este documento fue fundamental en la creación del importante campo de la estadística cuántica. Aunque no fue aceptado de inmediato para su publicación, envió el artículo directamente a Albert Einstein en Alemania. Einstein, reconociendo la importancia del artículo, lo tradujo al alemán él mismo y lo envió en nombre de Bose a la prestigiosa 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.

Estadísticas de Bose-Einstein

Mientras presentaba una conferencia en la Universidad de Dhaka sobre la teoría de la radiación y la catástrofe ultravioleta, Bose pretendía mostrar a sus alumnos que la teoría contemporánea era inadecuada, porque predecía resultados que no concordaban con los resultados experimentales.

En el proceso de describir esta discrepancia, Bose por primera vez tomó la posición de que la distribución de Maxwell-Boltzmann no sería cierta para partículas microscópicas, donde las fluctuaciones debidas al principio de incertidumbre de Heisenberg serían significativas. Por lo tanto, hizo hincapié en la probabilidad de encontrar partículas en el espacio de fase, cada estado con un volumen h, y descartando la posición y el momento distintos de las partículas.

Bose adaptó esta conferencia en un breve artículo llamado "La ley de Planck y la hipótesis de los cuantos de luz" y se lo envió a Albert Einstein con la siguiente carta:

Respetado señor, me he atrevido a enviarle el artículo adjunto para su lectura y opinión. Estoy ansioso por saber lo que piensas de él. Verá que he intentado deducir el coeficiente 8π ν / c en la Ley de Planck independientemente de la electrodinámica clásica, suponiendo únicamente que la última región elemental en el espacio de fase tiene el contenido h. No sé suficiente alemán para traducir el artículo. Si cree que vale la pena publicar el artículo, le agradeceré que organice su publicación en Zeitschrift für Physik.. Aunque soy un completo extraño para usted, no siento ninguna vacilación en hacer tal pedido. Porque todos somos tus alumnos aunque sólo nos beneficiemos de tus enseñanzas a través de tus escritos. No sé si aún recuerdas que alguien de Calcuta te pidió permiso para traducir tus artículos sobre la Relatividad al inglés. Usted accedió a la solicitud. El libro ha sido publicado desde entonces. Yo fui quien tradujo su trabajo sobre la 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 con el nombre de Bose en 1924.

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

(2) Dado que las monedas son distintas, hay dos resultados que producen cara y cruz. La probabilidad de dos caras es 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 pueden tratar dos fotones que tengan la misma energía como si fueran dos fotones identificables distintos. Por analogía, si en un universo alternativo las monedas se comportaran como fotones y otros bosones, la probabilidad de producir dos caras sería de un tercio (cola-cara = cara-cola).

La interpretación de Bose ahora se llama estadística de Bose-Einstein. Este resultado obtenido por Bose sentó las bases de la estadística cuántica y, en especial, de la revolucionaria nueva concepción filosófica de la indistinguibilidad de las partículas, reconocida por Einstein y Dirac. Cuando Einstein conoció a Bose cara a cara, le preguntó si sabía que había inventado un nuevo tipo de estadística, y con mucha franqueza dijo que no, que no estaba tan familiarizado con las estadísticas de Boltzmann y que no se había dado cuenta. que estaba haciendo los cálculos de manera diferente. Era igualmente sincero con cualquiera que le preguntara.

Condensado de Bose-Einstein

Einstein tampoco se dio cuenta al principio de lo radical que era la partida de Bose, y en su primer artículo después de Bose, se guió, como Bose, por el hecho de que el nuevo método daba la respuesta correcta. Pero después del segundo artículo de Einstein usando el método de Bose en el que Einstein predijo el condensado de Bose-Einstein (foto de la izquierda), comenzó a darse cuenta de lo radical que era, y lo comparó con la dualidad onda/partícula, diciendo que algunas partículas no se comportaban exactamente como partículas. Bose ya había enviado su artículo al British Journal Philosophical Magazine, que lo rechazó antes de enviárselo a Einstein. No se sabe por qué fue rechazado.

Einstein adoptó la idea y la extendió a los átomos. Esto condujo a la predicción de la existencia de fenómenos que se conocieron como condensado de Bose-Einstein, una densa colección de bosones (que son partículas con espín entero, llamado así por Bose), cuya existencia se demostró experimentalmente en 1995.

Daca

Tras su estancia en Europa, Bose volvió a Dhaka en 1926. No tenía doctorado, por lo que normalmente, según la normativa vigente, no estaría cualificado para el puesto de profesor que solicitaba, pero Einstein se lo recomendó. Luego fue nombrado Jefe del Departamento de Física de la Universidad de Dhaka. Continuó guiando y enseñando en la Universidad de Dhaka.

Bose diseñó él mismo el equipo para un laboratorio de cristalografía de rayos X. Estableció laboratorios y bibliotecas para hacer del departamento un centro de investigación en espectroscopia de rayos X, difracción de rayos X, propiedades magnéticas de la materia, espectroscopia óptica, tecnología inalámbrica y teorías de campo unificado. También publicó una ecuación de estado para gases reales con Meghnad Saha. También fue Decano de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Dhaka hasta 1945.

Calcuta

Cuando la partición de la India se hizo inminente (1947), regresó a Calcuta (ahora conocida como Kolkata) y enseñó allí hasta 1956. Insistió en que cada estudiante diseñara su propio equipo utilizando materiales y técnicos locales. Fue nombrado profesor emérito a su jubilación. Luego se convirtió en vicecanciller de la Universidad Visva-Bharati en Santiniketan. Regresó a la Universidad de Calcuta para continuar la investigación en física nuclear y completar trabajos anteriores en química orgánica. En los años siguientes, trabajó en investigación aplicada, como la extracción de helio en aguas termales de Bakreshwar.

Otros campos

Aparte de la física, realizó algunas investigaciones en biotecnología y literatura (bengalí e inglés). Realizó profundos estudios en química, geología, zoología, antropología, ingeniería y otras ciencias. Siendo bengalí, dedicó un tiempo significativo a promover el bengalí como idioma de enseñanza, traduciendo artículos científicos y promoviendo el desarrollo de la región.

Honores

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

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

Partha Ghose ha declarado que

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.

Nominación al premio nobel

SN Bose fue nominado por K. Banerjee (1956), DS Kothari (1959), SN Bagchi (1962) y AK Dutta (1962) para el Premio Nobel de Física, por su contribución a la estadística de Bose-Einstein y la teoría del campo unificado.. Por ejemplo, Kedareswar Banerjee, director del Departamento de Física de la Universidad de Allahabad, en una carta del 12 de enero de 1956 escribió al Comité del Nobel lo siguiente: “(1). Él (Bose) hizo contribuciones muy destacadas a la física al desarrollar las estadísticas conocidas por su nombre como estadísticas de Bose. En los últimos años, se ha descubierto que esta estadística tiene una gran importancia en la clasificación de las partículas fundamentales y ha contribuido enormemente al desarrollo de la física nuclear. (2). Durante el período de 1953 a la fecha, ha hecho una serie de contribuciones muy interesantes de consecuencias de largo alcance sobre el tema de la Teoría del Campo Unitario de Einstein”. El trabajo de Bose fue evaluado por un experto del Comité Nobel, Oskar Klein, quien sí vio su trabajo digno de un Premio Nobel.

Legado

Los bosones, una clase de partículas subatómicas elementales en la física de partículas, fueron nombrados por Dirac en honor a Satyendra Nath Bose para conmemorar sus contribuciones a la ciencia.

Aunque se otorgaron siete premios Nobel por investigaciones relacionadas con los conceptos del bosón de SN Bose, las estadísticas de Bose-Einstein y el condensado de Bose-Einstein, el propio Bose no recibió un premio Nobel.

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

El trabajo de SN 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 estadística de microsistemas que obedecen las reglas de la teoría cuántica, fue uno de los los diez principales logros de la ciencia india del siglo XX y podrían ser considerados en la clase del Premio Nobel.

Cuando al propio Bose se le hizo esa pregunta una vez, simplemente respondió: "Tengo todo el reconocimiento que merezco", probablemente porque en el ámbito de la ciencia al que pertenecía, lo importante no es un Nobel, sino si el nombre de uno vivirá. en las discusiones científicas en las próximas décadas. Uno de los principales edificios académicos de la Universidad de Rajshahi, el edificio de ciencias No 1, recientemente recibió su nombre.

El 4 de junio de 2022, Google honró a Bose al presentarlo en un Doodle de Google con motivo del 98.° aniversario de que Bose enviara sus formulaciones cuánticas al científico alemán Albert Einstein, quien lo reconoció como un descubrimiento significativo en la mecánica cuántica.

Obras (selección)

• 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.