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著名印度物理学家玻色

(2011-04-16 23:45:29)
标签:

教育

分类: 科学技术

  S•N•玻色〈Satyendra Nath Bose,1894-1974〉印度物理学家。玻色1915年毕业于加尔各答大学物理系。学习期间,他成绩一直非常优秀,百分制的题目,老师常因为他独到的见解给他110分。毕业后,他来到现在属于孟加拉的城市达卡,在达卡大学任讲师。

  波色做学问非常专心,但对其他事不闻不问。一次大物理学家尼尔·玻尔去达卡大学讲演,玻色是主持人,坐在那儿听,不一会儿两眼就眯缝在一起,似睡非睡。玻尔讲着讲着“挂黑板”了,推不出一个式子,遂说:“玻色教授,你能不能帮个忙?”,这时大家转过头发现玻色的眼睛是闭着的,只见他不慌不忙地站了起来,在黑板上写了一些式子,把问题解决了。完了以后,他又坐回自己的座位上半眯着。

  玻色基本上属于土生土长的科学家,做了这么多重要的工作,在西方如雷贯耳,但由于他行事低调,在印度还是不能得到承认,长期只是一个副教授。后来没有办法,他又给爱因斯坦写了一封信,问能不能给他写推荐信,帮助提升正教授。爱因斯坦非常惊讶,说你做了这么重要的事情,怎么还不是教授?爱因斯坦真诚的给他写了推荐信。  

 后来玻色当上了达卡大学的物理系主任。1945~1956年玻色回到加尔各答大学,1949~1950年出任印度国家科学院院长,1958年当选为英国皇家学会会员,1974年卒于加尔各答。

  其突出贡献: 玻色-爱因斯坦凝聚。  

 20世纪头20年,物理学界正在萌发量子力学的新兴学科。在黑体辐射和光电效应的研究中诞生了量子的概念,光的量子被称为光子。德国物理学家普朗克找到了一个经验公式,很好地符合了黑体辐射观测得到的曲线,但是他当时不能解释这一经验公式的物理含义。时光推到1924年,当时年仅30岁的玻色,接受了黑体辐射是光子理想气体的观点,他研究了“光子在各能级上的分布”问题,采用计数光子系统所有可能的各种微观状态统计方法,以不同于普朗克的方式推导出普朗克黑体辐射公式,证明了普朗克公式可以从爱因斯坦气体模型导出。兴奋之余,他写了一篇题为《普朗克准则和光量子假设》的文章投到英国的《哲学杂志》,但被拒绝了。不得已,他把那篇只有六页的论文寄给了爱因斯坦,期望爱因斯坦能理解他的发现。爱因斯坦立即意识到玻色工作的重要性,他亲自将文章翻译成了德文,帮助在《德国物理学报》发表了。

   之后,爱因斯坦把波色统计方法推广到静止质量不为零、粒子数不变的系统上,建立了量子统计学中波色—爱因斯坦统计。爱因斯坦将玻色的理论用于原子气体中,于1924和1925年发表了两篇文章,他推测到,在正常温度下,原子可以处于任何一个能级,但在非常低的温度下,大部分原子会突然跌落到最低的能级上,原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态。后来物理界将这种现象称为玻色-爱因斯坦凝聚。

  在波色之前,传统理论认为一个体系中所有的原子(或分子)都是可以辨别的,例如我们可以分辨氧原子、氢原子、碳原子。然而,玻色却挑战了上面的假定,认为在接近绝对零度的条件下,原子尺度上我们根本不可能区分不同的原子——所有的原子似乎都变成了同一个原子。原子会跌落到最低的能级上,就好像一座突然坍塌的大楼一样。处于这种状态的大量原子的行为像一个大超级原子,再也分不出你我他了!这就是物质第五态——玻色-爱因斯坦凝聚态。

   然而,实现玻-爱凝聚态的条件极为苛刻和矛盾:一方面需要达到极低的温度,另一方面还需要原子体系处于气体状态。后来物理学家创造出了稀薄的金属原子气体,这种金属原子气体有一个很好的特性:不会因制冷出现液态,更不会高度聚集形成常规的固体。后来,又由于激光冷却技术的发展,人们可以制造出与绝对零度仅仅相差十亿分之一度的低温,并且利用电磁操纵的磁阱技术可以对任意金属物体实行无触移动。这样的实验系统经过不断改进,终于在玻色—爱因斯坦凝聚理论提出71年之后的1995年6月,两名美国科学家康奈尔、维曼以及德国科学家克特勒分别在铷原子蒸气中第一次直接观测到了玻爱凝聚态。这三位科学家也因此而荣膺2001年度诺贝尔物理学奖。

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