サティエンドラ・ナート・ボース

サティエンドラ・ナート・ボース
FRS、MP
1925年のボーズ
生まれる
サティエンドラ・ナート・ボース
（1894年1月1日）1894年1月1日
カルカッタ、ベンガル州、イギリス領インド
死亡1974年2月4日（1974年2月4日）（80歳）
インド、西ベンガル州、カルカッタ[ 2 ]
教育プレジデンシー・カレッジ（学士）カルカッタ大学サイエンス・カレッジ（修士）
知られている
配偶者ウシャバティ・ボース (旧姓ゴーシュ) [ 3 ]
受賞歴
科学者としてのキャリア
フィールド理論物理学、量子力学、数学
機関
学術アドバイザー
博士課程の学生
その他の注目すべき学生
ラージヤ・サバー国会議員
在任期間： 1952年4月3日～1960年4月2日
先行事務所設立
選挙区ノミネート（教育）
サイン

サティエンドラ・ナート・ボース（Satyendra Nath Bose FRS , MP [ 1 ]、/ ˈ b oʊ s / ; [ 4 ] [ a ] 1894年1月1日 - 1974年2月4日）は、インドの理論物理学者および数学者である。 1920年代初頭の量子力学に関する研究、特にボーズ＝アインシュタイン統計の基礎の構築とボーズ＝アインシュタイン凝縮の理論で最もよく知られている。王立協会会員で、 1954年にインド政府からインドで2番目に高い民間人賞であるパドマ・ヴィブーシャンを授与された。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

ボーズ統計によって記述される同名の粒子クラスであるボソンは、ポール・ディラックによって命名されました。[ 8 ] [ 9 ]

博識家でもあった彼は、物理学、数学、化学、生物学、鉱物学、哲学、芸術、文学、音楽など、多岐にわたる分野に関心を持っていました。独立後、インドにおいて多くの研究開発委員会に所属しました。[ 10 ]

若いころ

サティエンドラ・ナス・ボース生家
サティエンドラ・ナス・ボーズ・レジデンス（22、イシュワル・ミル・レーン、コルカタ）入口とネームプレート

ボースはカルカッタ（現コルカタ）で、ベンガル人のカヤスタ家の7人兄弟の長男として生まれた。[ 11 ]父はスレンドラ・ナート、母はアモディニ・デビ（スムティ）であった。スレンドラは会計士で、東インド鉄道で働いていた。[ 12 ]ボースは一人息子で、姉妹が6人いた。彼の先祖の家はベンガル州ナディア県バラ・ジャグリア村にあった。彼は5歳のとき、自宅近くで学校に通い始めた。家族がゴアバガンに転居したとき、彼は新インド学校に入学した。最終学年には、ヒンドゥー学校に入学した。彼は1909年に入学試験に合格し、成績優秀者順位は5位であった。その後、彼はカルカッタのプレジデンシー・カレッジの中等科学コースに入学し、そこでジャガディッシュ・チャンドラ・ボース、サラダ・プラサンナ・ダス、プラフッラ・チャンドラ・レイらから指導を受けた。

ボースは1913年にプレジデンシー・カレッジで混合数学の理学士号を首席で取得した。その後、サー・アシュトーシュ・ムカジーが新たに設立したサイエンス・カレッジに入学し、1915年に再び混合数学の理学修士号（MSc）試験で首席となった。このMSc試験での彼の成績はカルカッタ大学の歴史に新しい記録を樹立し、これは現在でも破られていない。[ 13 ]

修士課程を修了した後、ボースは1916年にカルカッタ大学理学部に研究員として入学し、相対性理論の研究を始めました。当時は科学の進歩の歴史において刺激的な時代でした。量子論がちょうど地平線上に現れ、重要な成果が次々と発表され始めていたのです。[ 13 ]

父のスレンドラナート・ボースは、東インド鉄道会社の技術部に勤務していました。1914年、20歳のサティエンドラ・ナート・ボースは、カルカッタの著名な医師の11歳の娘であるウシャバティ・ゴーシュ[ 3 ] [ 14 ]と結婚しました[ 15 ] 。二人の間には9人の子供が生まれましたが、そのうち2人は幼少期に亡くなりました。1974年に彼が亡くなったとき、妻と2人の息子、5人の娘が残されました[ 13 ] 。

多言語話者であったボースは、ベンガル語、英語、フランス語、ドイツ語、サンスクリット語など、様々な言語に精通していただけでなく、テニスン卿、ラビンドラナート・タゴール、カリダサの詩にも精通していた。ヨーロッパでは、ホストであるジャクリーン・ザドック＝カーンに、文学と宗教におけるヘブライ語の知識を強く印象づけた。[ 16 ]彼はエスラジ（バイオリンに似たインドの楽器）を演奏することができた。 [ 17 ]彼は労働者協会として知られるようになった夜間学校の運営に積極的に関わった。[ 7 ] [ 18 ]

研究キャリア

ボースはカルカッタのヒンドゥー学校に通い、後に同じくカルカッタのプレジデンシー・カレッジに進学し、各校で最高得点を獲得した。同級生で将来天体物理学者となるメグナド・サハは2位だった。[ 7 ]ジャガディーシュ・チャンドラ・ボース、プラフッラ・チャンドラ・レイ、ナマン・シャルマといった教師と交流し、人生で高い目標を目指すよう刺激を受けた。1916年から1921年まで、カルカッタ大学傘下のラジャバザール科学カレッジの物理学科の講師を務めた。1919年、ボースはサハとともに、アインシュタインの特殊相対性理論と一般相対性理論に関する原論文のドイツ語とフランス語への翻訳に基づき、英語で最初の本を執筆した。

1921年、サティエンドラ・ナート・ボースは、設立されたばかりのダッカ大​​学（現在のバングラデシュ）の物理学科の講師に就任した。 [ 19 ]ボースは、MScおよびBSc優等学位のための上級コースを開講するため、実験室を含む全く新しい学科を設立し、熱力学とジェームズ・クラーク・マクスウェルの電磁気学理論を教えた。[ 20 ]

ボースは、インドの天体物理学者メグナド・サハとともに、1918年以降、理論物理学と純粋数学の論文をいくつか発表した。1924年、ダッカ大学物理学部の講師であったボースは、古典物理学に一切言及することなく、同一の粒子による状態を数える新しい方法を用いてプランクの量子放射法則を導出した論文を書いた。この論文は、量子統計という重要な分野を生み出す上で独創的であった。[ 21 ]すぐには掲載が認められなかったが、ボースはその論文をドイツのアルベルト・アインシュタインに直接送った。論文の重要性を認識したアインシュタインは、自ら論文をドイツ語に翻訳し、ボースに代わって物理学雑誌に投稿した。この評価の結果、ボースはヨーロッパのX線および結晶学研究所で2年間働くことができ、その間、ルイ・ド・ブロイ、マリー・キュリー、アインシュタインと共に研究を行った。[ 7 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]

ボーズ・アインシュタイン統計

ボースはダッカ大学で放射線と紫外線大惨事の理論に関する講義[ 25 ]を行った際、当時の理論は実験結果と一致しない結果を予測していたため不十分であることを学生たちに示そうとした。

この矛盾を説明する過程で、ボースは初めて、マクスウェル・ボルツマン分布はミクロな粒子には当てはまらないという立場をとった。ミクロな粒子ではハイゼンベルクの不確定性原理による揺らぎが顕著になるからである。そこで彼は、各状態が体積h 3を持つ位相空間において粒子を発見する確率を強調し、粒子の 明確な位置と運動量を捨て去った。

ボースはこの講義を「プランクの法則と光量子仮説」という短い論文にまとめ、次のような手紙を添えてアルバート・アインシュタインに送った。 [ 26 ]

尊敬する先生、私はあなたに添付の記事を送付し、あなたの閲覧と意見を求めたいと思います。私はあなたがそれについてどう思うか知りたがっています。あなたは私がプランクの法則の係数8π ν 2 / c 3を古典電気力学とは独立に演繹しようと試みたことにお気づきでしょう。ただし、位相空間の究極の基本領域が内容h 3を持つと仮定しただけです。私はこの論文を翻訳するのに十分なドイツ語は知りません。もしあなたがこの論文を出版する価値があるとお考えであれば、 Zeitschrift für Physikへの掲載を手配していただければ幸いです。私はあなたとは全くの面識がありませんが、そのようなお願いをすることに何のためらいも感じません。なぜなら私たちは皆あなたの生徒ですが、あなたの著作を通してあなたの教えの恩恵を受けているだけだからです。カルカッタの誰かがあなたの相対性理論に関する論文を英語に翻訳する許可をあなたに求めたことをあなたがまだ覚えているかどうかわかりません。あなたはその依頼に応じました。その後、その本は出版されました。私はあなたの一般相対性理論に関する論文を翻訳した者です。

アインシュタインは彼に同意し、ボーズの論文「プランクの法則と光量子仮説」をドイツ語に翻訳し、1924年にボーズの名前で物理学雑誌に出版した。 [ 27 ]

2枚のコインを投げた場合の可能性のある結果
二つの頭二つの尾それぞれ1つずつ
(1)結果は3通りあります。2つとも表が出る可能性はどれくらいでしょうか？
結果の確率
  コイン1
頭しっぽ
コイン2 頭 HHHT
しっぽ THTT
(2)コインは異なる種類なので、表と裏が出る2つの結果があります。表が2つ出る確率は4分の1です。

ボースの解釈が正確な結果をもたらした理由は、光子は互いに区別できないため、等しいエネルギーを持つ2つの光子を、識別可能な2つの光子として扱うことができないからです。類推として、もし別の宇宙において、コインが光子や他のボソンのように振る舞うとしたら、2つの表が出る確率は実際には3分の1（裏表＝表裏）になります。

ボーズの解釈は現在、ボーズ＝アインシュタイン統計と呼ばれています。ボーズによって導き出されたこの結果は、量子統計、特にアインシュタインとディラックが認めた粒子の区別不能性という革命的な新しい哲学的概念の基礎を築きました。[ 27 ]アインシュタインはボーズと直接会ったとき、ボーズが新しいタイプの統計を発明したことを認識していたかどうか尋ねました。ボーズは率直に、ボルツマンの統計にはあまり詳しくなく、計算方法が異なっていることに気づいていないと答えました。

ボーズ・アインシュタイン凝縮

ルビジウム原子ガスの速度分布データ。これは、新しい物質相であるボーズ・アインシュタイン凝縮体の発見を裏付けるものである。[ 28 ]左：ボーズ・アインシュタイン凝縮体出現直前。中央：凝縮体出現直後。右：さらに蒸発させ、ほぼ純粋な凝縮体サンプルを残した状態。

アインシュタインも当初はボーズの離脱がいかに急進的であるかに気付いておらず、ボーズ離脱後の最初の論文では、ボーズと同様に、新しい方法が正しい答えを与えてくれるという事実に導かれた。しかし、ボーズの方法を用いたアインシュタインの2番目の論文でボーズ・アインシュタイン凝縮を予測した後（左図）、アインシュタインはそれがいかに急進的であるかに気づき始め、それを波動粒子二重性と比較し、粒子と全く同じように振る舞わない粒子もあると述べた。ボーズはすでにこの論文を英国の哲学雑誌に投稿していたが、アインシュタインに送る前に却下されていた。却下の理由は不明である。[ 29 ]

アインシュタインはこの考えを採用し、原子にまで拡張しました。これにより、ボース＝アインシュタイン凝縮として知られる現象の存在が予測されました。これは、ボースにちなんで名付けられた整数スピンを持つ粒子であるボソンの密集した集合体であり、1995年に実験によってその存在が実証されました。

ダッカ

1930年代のダッカ大​​学でのボース氏

ヨーロッパ滞在を終えたボースは、 1926年にダッカに戻った。博士号を取得していなかったため、当時の規定では教授職を志望していたが、通常は不適格とされていた。しかし、アインシュタインの推薦により、ボースはダッカ大学物理学科長に就任した。その後もダッカ大学で指導と教育を続け、1945年まで理学部 長を務めた。

ボースはX線結晶構造解析研究室の機器を自ら設計しました。彼は実験室と図書館を設立し、X線分光法、X線回折法、物質の磁性、光学分光法、無線、統一場理論の研究拠点を同研究室に築き上げました。また、メグナド・サハと共に実在気体の状態方程式を発表しました。

カルカッタ

インド分割が差し迫った1947年、彼はカルカッタ（現在のコルカタ）に戻り、1956年までそこで教鞭を執った。彼は学生一人ひとりに、地元の材料と地元の技術者を用いて独自の装置を設計するよう強く求めた。彼は退職時に名誉教授となった。 [ 22 ] [ 30 ] [ 7 ]その後、サンティニケタンにあるヴィシュヴァ・バーラティ大学の副学長に就任した。彼はカルカッタ大学に戻り、原子核物理学の研究を続け、有機化学の初期の研究を完成させた。その後数年間、彼はバクレシュワール温泉でのヘリウム抽出などの応用研究に従事した。[ 31 ]

その他の分野

物理学に加え、彼はバイオテクノロジーと文学（ベンガル語と英語）の研究も行いました。化学、地質学、動物学、人類学、工学、その他の科学分野も研究しました。ベンガル人であった彼は、ベンガル語を教育言語として普及させ、科学論文をベンガル語に翻訳し、地域の発展を促進することに多大な時間を費やしました。 [ 23 ] [ 32 ] [ 6 ]

栄誉

カルカッタ大学のボース氏と他の科学者たち
ビルラ産業技術博物館の庭に置かれたサティエンドラ・ナート・ボースの胸像

1937年、ラビンドラナート・タゴールは唯一の科学書『ヴィシュヴァ・パリチャイ』をサティエンドラ・ナート・ボースに捧げました。ボースは1954年にインド政府からパドマ・ヴィブーシャンの称号を授与されました。1959年には、インドにおける学者にとって最高の栄誉である国立教授に任命され、15年間その職を務めました。1986年には、インド政府の議会法によって、カルカッタのソルトレイクにS・N・ボース国立基礎科学センターが設立されました。 [ 33 ] [ 34 ]

ボースは、当時新設された科学産業研究評議会の顧問となった。インド物理学会と国立科学研究所の会長を務めた。インド科学会議の会長に選出された。インド統計研究所の副会長、そして会長を務めた。1958年には王立協会のフェローとなり、ラージヤ・サバー（上院）議員 に指名された。

パルタ・ゴースは次のように述べている[ 7 ]

ボースの研究は、プランク、ボーア、アインシュタインの「古い量子論」とシュレーディンガー、ハイゼンベルク、ボルン、ディラックらの新しい量子力学の間の過渡期に位置づけられました。

ノーベル賞ノミネート

ボースは、ボース＝アインシュタイン統計と統一場理論への貢献により、K・バネルジー（1956年）、D・S・コタリー（1959年）、S・N・バグチ（1962年）、A・K・ダッタ（1962年）によりノーベル物理学賞に推薦された。アラハバード大学物理学部長のバネルジーは、1956年1月12日の手紙でノーベル委員会に次のように書いている。「(1) 彼（ボース）は、彼の名にちなんでボース統計として知られる統計を開発することにより、物理学に非常に顕著な貢献をした。近年、この統計は基本粒子の分類において非常に重要であることがわかっており、原子核物理学の発展に大きく貢献している。(2) 1953年から現在に至るまで、彼はアインシュタインのユニタリ場理論の主題に関して、広範囲にわたる影響を与える非常に興味深い貢献を数多く行っている。」ボースの研究はノーベル委員会の専門家であるオスカー・クラインによって評価され、彼は彼の研究がノーベル賞に値しないと判断した。[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]

遺産

1994年のインドの切手に描かれたボース

ボソンは素粒子物理学における素粒子の一種で、ディラックがサティエンドラ・ナート・ボースの科学への貢献を記念して命名した。[ 38 ] [ 39 ]

ソ連のノーベル賞受賞者レフ・ランダウは、物理学者の名前をリスト化し、生産性を1から5までの対数スケールでランク付けしていた。アルベルト・アインシュタインは0.5だった。ランダウは、量子力学の創始者であるニールス・ボーア、ヴェルナー・ハイゼンベルク、ポール・ディラック、エルヴィン・シュレーディンガーらとともに、ボースに1位を与えた。ランダウ自身は2.5と評価していたが、後に2に昇格した。[ 40 ] [ 41 ]

SN ボースのボソンの概念、ボース・アインシュタイン統計、ボース・アインシュタイン凝縮に関する研究で 7 つのノーベル賞が授与されましたが、ボース自身はノーベル賞を受賞しませんでした。

物理学者ジャヤント・ナルリカーは 著書『The Scientific Edge』の中で次のように述べています。

SNボースの粒子統計に関する研究（1922年頃）は、光子（囲まれた空間内の光の粒子）の挙動を明らかにし、量子論のルールに従うマイクロシステムの統計に関する新しいアイデアへの扉を開いたもので、20世紀インド科学のトップ10の業績の1つであり、ノーベル賞クラスに数えられる可能性もあった。[ 42 ]

ボース自身もかつてこの質問を受けた際、「私は当然の評価を受けた」と答えた。[ 43 ]

ラジシャヒ大学の主要な学術施設の一つである第1科学棟は彼の名にちなんで名付けられました。

2022年6月4日のGoogle Doodleには、ボースがアインシュタインに自分の研究成果を送ってから98周年を記念して登場した。[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]

作品（抜粋）

注記

  1. ^英語の発音はヒンドゥスターニー語の[səˈtjeːndrə ˈnaːtʰ ˈboːs]に由来します。ベンガル語の発音は[ʃotːendronatʰ boʃu]です。

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