1924'te Satyendra Nath Bose adlı Hintli bir fizikçi Albert Einstein'a, kuantum fiziğinde büyük adamı şaşkına çeviren bir problemi çözdüğünü söyleyen bir mektup yazdı. Bir yüzyıl sonra, Robert P Kırışıklık ve Gino Elia yazışmaların nasıl Bose-Einstein yoğunlaşması kavramına yol açtığını ve bunun neden farklı düşünmenin gücünü ortaya çıkardığını açıklayın
Haziran 1924'te bir gün Albert Einstein, Hindistan'daki bir profesörün yazdığı bir mektup aldı. Yazar kendisinin "tamamen yabancı" olduğunu itiraf etti ancak bu "inceleme ve görüş" için Einstein'a eşlik eden bir makale gönderdiğini söyledi. Yalnızca beş sayfa uzunluğundaki makale, Einstein'ın birkaç yıldır başarısız bir şekilde mücadele ettiği kuantum teorisindeki bir kusura değindiğini iddia ediyordu.
O zamanlar Berlin Üniversitesi'nde olan Einstein, yazarın hemen şunu fark etti: Satyendra Nath Bose – onu mağlup eden sorunu çözmüştü. Tamamen tatmin edici bir şekilde türetilmesiyle ilgiliydi. Planck yasasısiyah bir cisimden gelen radyasyonun spektrumunu tanımlar. İlk kez 1900 yılında Max Planck tarafından türetilen yasa, radyasyonun klasik fiziğin önerdiği gibi giderek daha kısa dalga boylarında sonsuza kadar yükselmediğini, bunun yerine geri düşmeden önce zirveye ulaştığını gösterdi.
Einstein, Bose'un yaklaşımını kendi çalışmalarında hızla geliştirdi ve işbirliklerinin bir sonucu olarak ikili, "Bose" adı verilen yeni bir olgunun varlığını öngördü. “Bose-Einstein yoğunlaşması”. Çok düşük sıcaklıklarda meydana gelmesi beklenen bu olay, aynı en düşük kuantum durumunu işgal eden bir sistemdeki tüm parçacıkları içerecektir. Maddenin bu yeni kolektif durumu ilk kez 1995 yılında deneysel olarak tespit edildi ve bu durum Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji ve William Phillips'in ödülünü kazanmasına yol açtı. İki yıl sonra Nobel Fizik Ödülü.
Bose-Einstein değişimi kısa sürmüş olabilir ama fizik tarihindeki en büyük yazışmalardan biridir. 2020 kitabında yazmak Sömürge Hindistan'ında Modern Fiziğin Oluşumutarihçi ve bilim felsefecisi Somaditya BanerjeeŞu anda Clarksville, Tennessee'deki Austin Peay State Üniversitesi'nde bulunan Dr., işbirliklerinin bilimde uluslararası ortak çabaların artan önemini gösterdiğini söylüyor. Veya Banerjee'nin ifadesiyle, onların çalışmaları "kuantumun ulusötesi doğasını" ortaya çıkardı.
Marjinalleştirilmiş ilham
Bose politik ve bilimsel olarak marjinalleştirilmiş bir şekilde büyüdü. 1 Ocak 1894'te Hindistan'ın İngiliz işgali altındaki Bengal eyaletindeki Kalküta'da (o zamanki Kalküta), kültürel ve eğitimsel bir hareketin parçası olan bir ailede dünyaya geldi. “Bengal rönesansı”. Üyelerinin Avrupa kültürüyle kararsız bir ilişkisi vardı; onu kısmen reddediyor, kısmen de benimsiyordu.
Bose ve Saha, kendilerini İngiliz sömürgecilerine karşı yabancılaşmış ve düşman hissediyorlardı ve olası pratik uygulamaları olan alanlara katkıda bulunarak onlara hizmet etmek istemediler.
1895'te, Bose 11 yaşındayken, Bengal'de büyüyen isyankarlıktan alarma geçen İngiliz işgalciler eyaleti ikiye böldüler. Banerjee'ye göre Bose'un akademiye girme nedeninin bir kısmı, birçok orta sınıf Bengallinin kaderi olan, sömürge bürokrasisine mecbur bırakılmaktan kaçınmaya yönelik milliyetçi bir dürtü olabilir.
Bunun yerine Bose katıldı Cumhurbaşkanlığı Koleji arkadaşıyla (ve gelecekteki astrofizikçiyle) Meğnad Saha"Swadeshi hareketine" katıldığı için okulundan atılan kişi. Yabancı malların kullanımını kısıtlamayı ve bunun yerine yerli ürünlere güvenmeyi amaçlayan hareket, Hindistan'ın bağımsızlığı çabasının bir parçasıydı ve Bengal'in önerilen bölünmesine karşı çıktı.
Hem Saha hem de İngiliz sömürgecilere karşı kendilerini yabancılaşmış ve düşman hissediyorlardı ve - pek çok akranları gibi - kimya veya uygulamalı fizik gibi olası pratik uygulamaları olan alanlara katkıda bulunarak onlara hizmet etmek istemediler. İkili bunun yerine matematik ve teorik fizikten, özellikle de yeni çıkmış kuantum teorisinden etkilenmişti. Alman fizikçiler öncüydü.
Banerjee'ye göre Bose, çalışmalarını işgal altındaki Bengal'deki "güç ilişkilerinin eşitsizliklerinden ve asimetrilerinden entelektüel bir kaçış" olarak görüyordu. "Dolayısıyla yeni ortaya çıkan Hintli fizikçilerin özellikle kuantum fiziğinde başarılı olmaları tesadüf değil" diye yazıyor. Alman çalışmalarına olan aşinalıklarının bir sonucu olarak Bose ve Saha, ışıkta süreksizlikleri ima eden foton teorisinden oldukça etkilendiler. Buna karşılık İngiliz fizikçiler, Maxwell denklemlerinin belirlediği ışığın sürekli doğasından daha çok etkilendiler.
Bose ve Saha, Kalküta Üniversitesi'nde fizik eğitmeni olmaya devam ettiler. Ancak Bengal'in izolasyonu ve Birinci Dünya Savaşı'nın etkisiyle Avrupa'daki son gelişmeleri takip etmekte zorlandılar. Cumhurbaşkanlığı kütüphanesinde düzenli olarak bulunan az sayıdaki süreli yayından biri Felsefe DergisiBose ve Saha'nın, Niels Bohr'un atom yapısı üzerine 1913'te yayınlanan ufuk açıcı makalelerinden birini okudukları (Phil Mag. 26 1).
Kalküta'da da arkadaş oldukları için şanslıydılar Paul Johannes BrühlAlmanya'dan gelen bir botanikçi, yanında termodinamik, kuantum teorisi, görelilik ve diğer popüler fizik konuları üzerine kitaplar ve dergiler getirmişti. 1919'da, genel göreliliğin açıkça doğrulanmasının ardından Einstein üne kavuştuktan sonra, Bose ve Saha temel makalelerin Almanca ve Fransızca kopyalarını almayı başardılar. Bose, İngilizce'nin yanı sıra her iki dili de akıcı bir şekilde konuşabiliyordu ve bu nedenle o ve Saha, makaleleri tercüme edip kitap biçiminde yayınladılar. Görelilik Prensibi (Kalküta Üniversitesi, 1920). Bu, Einstein ve diğerlerinin konuyla ilgili ilk İngilizce makale koleksiyonuydu.
Daha sonra 1921'de Bose, yeni kurulan üniversitede profesörlükle ödüllendirildi. Dacca (şimdi Dakka) Üniversitesi ve fizik bölümünü geliştirmekle görevlendirildi. İki yıl sonra, ciddi bütçe kesintileri, departmanı genişletme planını birdenbire sona erdirdi ve Bose, işini sürdürmek için bile mücadele etmek zorunda kaldı. Bu nedenle 1923'te Bose, işgal altındaki bir ülkede stresli bir siyasi dönemde, çözülmemiş bir profesyonel durumda buldu.
Einstein bağlantısı
30 yaşındaki çocuk, yaşadığı sorunlara rağmen araştırma yapmaya devam etti. Aynı yılın ilerleyen saatlerinde rahatsız edici bir gerçek üzerinde düşündü: Klasik ve kuantum kavramlarını karıştırdığı için Planck yasasının türetilmesi mantıksal olarak sağlam değildi. Bose, klasik teoriyi göz ardı etmeye ve bunun yerine ayrı fotonlardan oluşan bir gazın hareketlerini dikkate alarak yasayı çıkarmaya karar verdi. Düşüncelerini 1923 sonbaharında şu anda ufuk açıcı olan makalesinde özetledi: “Planck yasası ve ışık-kuantum hipotezi”, yakında Einstein'a göndereceği bir versiyonu.
Makaleye göre Planck yasası kuantum teorisinin başlangıç noktasıdır. Ancak bunu türetirken çok önemli bir formül, mevcut serbestlik derecelerine ilişkin klasik bir varsayıma dayanır. Bose, "Bu, tüm türevlerde tatmin edici olmayan bir özellik" diye yazdı. Bose, Einstein'ın yasayı klasik varsayımlardan bağımsız olarak türetme girişiminin "dikkat çekici derecede zarif" olduğunu kabul ederken, bunun "mantıksal açıdan yeterince haklı" olduğunu düşünmedi.
Bose cesurca devam etti: "Aşağıda yöntemi kısaca özetleyeceğim." Bunu, siyah bir cisimden gelen radyasyondaki enerjinin dağılımını tanımlayan bir denklemle sonuçlanan üç sayfalık titiz çıkarımlar takip ediyor. Bose, bu denklemin "Planck formülüyle aynı" olduğunu ilan etti.
Yakın zamanda yayınlanan bir makalede arXiv (arxiv.org/abs/2308.01909), Bose'un son doktora öğrencilerinden biri olan fizikçi Partha Ghose, Bose'un yönteminin bu bireysel fotonların ayırt edilemezliğini ima ettiğini - ancak bu konuda açık olmadığını - söylüyor. Bose bunun yerine fotonlar için hacmi, hücre adını verdiği durumlardan oluşan bir uzay olarak tanımladı; toplam hücre sayısı, fotonların düzenlenebileceği yolların sayısına eşitti. Foton gazı sabit bir yoğunluğa sahip olduğundan, tek tek fotonların yeniden düzenlenmesi yeni hücreler üretmez, bu da fotonların kendilerinin birbirinden ayrılamayacağı anlamına gelir; onları takip etmek için onları “etiketleyemezsiniz”.
Bose makaleyi gönderdi Felsefe Dergisi 1924'ün başlarında Hintli fizikçilerin erişimine açık olduğunu biliyordu ama bir daha haber alınamadı. Hayal kırıklığına uğramış ama sağlamlığından emin olarak bunu ya da biraz revize edilmiş bir versiyonunu Einstein'a gönderdi ve Einstein da onu 4 Haziran 1924'te aldı.
“İleriye doğru önemli bir adım”
Einstein hazırdı. Bir kuantum yasasını türetmek için klasik bir varsayım kullanmanın tutarsızlığını biliyordu ve onu ortadan kaldırmak için zaten birçok başarısız girişimde bulunmuştu. Einstein, Bose'un çıkarımının sağlam olduğunu fark etti.
Einstein, Bose'un çalışmasından Bose'un kendisinden daha fazla önem topladı çünkü henüz kullanılmamış bir benzetme fark etti.
Aynı yılın 2 Temmuz'unda Einstein, Bose'a elle yazılmış bir kartpostalla yanıt vererek makaleyi "ileriye doğru önemli bir adım" olarak nitelendirdi. Einstein daha sonra makaleyi kendisi tercüme etti ve Fizik için Zeitschrift. Einstein'ın onayıyla Bose'un makalesi kabul edildi ve Ağustos 1924'te dergide usulüne uygun olarak yayınlandı. (26 178).
Einstein, Bose'un çalışmasından Bose'un kendisinden daha fazla önem topladı çünkü henüz kullanılmamış bir benzetme fark etti. Esasen Bose, fotonları istatistiksel olarak bağımlı olarak ele almıştı, bu da dalga girişimi olasılığını ima ediyordu. Einstein bunun yalnızca fotonlar için geçerli olmak zorunda olmadığını, diğer parçacıklar için de geçerli olabileceğini fark etti. Aslında, artık bildiğimiz gibi, girişim yalnızca spinin tamsayı değerlerine sahip parçacıklar veya Paul Dirac'ın yirmi yıl sonra "bozonlar" olarak adlandırdığı parçacıklar için geçerlidir. Bunlar, spini tek yarım tam sayı değerlerinde gelen "fermiyonlar" ile tezat oluşturuyor.
Bose'un notunu aldıktan kısa bir süre sonra Einstein, Almanca dilinde şu başlıklı bir makale yazdı: “Quantentheorie des einatomigen idealen gazlar” (veya “Tek atomlu ideal gazın kuantum teorisi”). Yayınlandı Prusya Bilimler Akademisi Bildirileri Ocak 1925'te Einstein'ın "radyasyon ve gaz arasında geniş kapsamlı resmi bir ilişki" olarak adlandırdığı şeyi tanımladı. Makale esas olarak mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda sistemin entropisinin tamamen ortadan kaybolduğunu ve tüm parçacıkların aynı duruma veya hücreye düştüğünü gösterdi. Her hücrenin içindeki moleküler dağılımın entropisi, "oldukça gizemli bir doğaya sahip olan moleküllerin karşılıklı etkisine ilişkin belirli bir hipotezi dolaylı olarak ifade eder".
En Soğuk: Einstein'a bir mektup ve lazer soğutma teknolojisindeki ilerlemeler fizikçileri maddenin yeni kuantum durumlarına nasıl yönlendirdi?
Einstein bu etkiyi parçacıkların girişimine bağladı. Düşük sıcaklıklarda, hidrojen ve helyum gibi gazların dalga benzeri özelliklerinin daha belirgin hale geleceğini ve viskozitenin hızla azalacağı noktaya geleceğini öngördü; bu olaya artık "süper akışkanlık" adı veriliyor. Einstein, radyasyon ve gazlar arasındaki analojiyi kesin olarak ele almakta ısrar ederek, Bose'un çalışmasını temel alarak maddenin bilinmeyen bir durumunu tahmin etme noktasına ulaşmıştı.
Einstein'ın Bose'un çalışmalarına gösterdiği ilgi sayesinde Bose, Avrupa'da okumak üzere iki yıllık ücretli izin aldı. Bose ilk olarak 1924 sonbaharında Paris'e gitti ve burada Einstein'a iki mektup daha yazdı. Ertesi yıl sonunda Berlin'e gitti ve burada Einstein'la şahsen konuşmak Ancak ikili hiçbir zaman daha fazla işbirliği yapamadı. Einstein, Bose'un, bir radyasyon alanındaki parçacıkların termal dengedeki durumları için kullandığı olasılık formülüne itiraz etti ve başka şeylerle ilgilenen Bose, bu özel soruya geri dönmedi. Haziran 1926'teki görüşmeleri, ne kadar kısa olursa olsun, yazışmalarının en verimli kısmı olmaya devam etti.
Vakum ne kadar sıcak
Sonunda, yaklaşık 70 yıl sonra, şimdi Bose-Einstein yoğunlaşması (BEC) olarak adlandırılan maddenin bu yeni durumu ortaya çıktı. deneysel olarak kanıtlanmış 1995'te ABD'deki iki laboratuvarda. Bu da bir dizi uzun gelişmenin sonucuydu; çünkü 1924'te BEC, kuantum gazlarının yalnızca bir sınır durumuydu ve ancak mutlak sıfır yakınında mümkün olabileceği görülüyordu. Ulaşılamaz görünüyordu; ham vakum bile BEC için çok sıcak.
1975 yılındaki buluş bir dönüm noktasıydı. lazer soğutma. Fizikçiler, lazer ışığının frekansını hedef atomların hemen altına ayarlayarak ters yönde hareket eden atomlara fotonları ateşleyebilirler. Doppler etkisi sayesinde, atomlar kandırılarak fotonları soğurabilir ve onları lazerin ters yönüne doğru iterek hızlarını düşürüp soğumalarını sağlayabilirler.
Bir yıl sonra bir grup fizikçi, hidrojen izotoplarının BEC'i kopyalamak için soğutulabileceğini gösterdi. 1989'da Cornell ve Wieman rubidyum atomları üzerinde karar kıldı çünkü bunlar hidrojenden daha hızlı gruplanıyordu. Bazen "süper atomlar" olarak da adlandırılan BEC, bireysel parçacıkların dalga paketleri üst üste geldiğinde ve düşük sıcaklıklarda tamamen ayırt edilemez hale geldiğinde ortaya çıkar.
Wieman ve Cornell, BEC'i atomların sistemin mümkün olan en düşük durumunda bir araya gelmesiyle ortaya çıkan bir "kuantum kimlik krizi" olarak tanımladı. Devasa bir dalga paketi yaratmanın entrikası, BEC'in bize makroskobik düzeyde kuantum davranışlarına tanıklık etmemiz için bir pencere sunmasıdır.
kritik nokta
Banerjee, "Bose ve Einstein arasındaki yazışmalar" diye yazdı. Sömürge Hindistan'ında Modern Fiziğin Oluşumu, “bilim tarihinde özel bir an”. Bose, büyüyen bir yapboza bir parça katkıda bulunmak için birdenbire ortaya çıkmadı. Banerjee, Avrupa'dan uzakta sömürgeleştirilmiş bir ülkede çalışması nedeniyle Bose'un, Batı'nın kuantum teorisi hakkındaki düşüncesinde değişimi kolaylaştırmaya benzersiz bir şekilde hazır olduğunu savunuyor.
Bose'un çalışması, Batılı olmayan bilim adamlarının Avrupa bilimine önemli içgörüler sağladığı ilk çalışma değildi. Ancak Einstein'la olan işbirliği daha derin bir noktayı gösteriyor; bölgesel farklılıkların, neyin önemli neyin önemsiz olduğu konusunda nasıl farklı anlamlar verebileceğini. Banerjee'nin belirttiği gibi, Bose'un katkısı bilimin “yerel köklü kozmopolitizmini” göstermektedir.
Fizikteki ilerleme için en güçlü vaat, kültürel uygunluk değil, dünya görüşlerindeki çeşitliliktir.
Robert P Kırışıklık (tam özgeçmiş için aşağıdaki bağlantıya tıklayın) ABD Stony Brook Üniversitesi Felsefe Bölümü başkanıdır. Gino Elia doktora öğrencisi
- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
- PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
- PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
- PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://physicsworld.com/a/when-bose-wrote-to-einstein-the-power-of-diverse-thinking/
