2月4日—歪打正著、改變物理概念的人

1924年,愛因斯坦收到一封來自印度達卡大學(現在屬於孟加拉)的信,信上寫著:

敬愛的大師,

我冒昧地寄上這篇論文,請您細讀並不吝指教。我很想知道您對這篇論文的看法。……我的德文能力不足以將它翻譯成德文,如果您覺得它還有價值,並能安排發表於物理學刊。……也許您還記得有個加爾各答來的人,請您允許把您的廣義相對論論文翻譯成英文,那就是在下。

您忠實的玻色

寄信人玻色(Satyendra Nath Bose)出生於1894年1月1日,30歲的他只是個遙遠東方的大學講師,在物理界仍默默無名,也從未見過愛因斯坦,之所以貿然寫信,實在是因為如今只能寄望於這位物理學大師,盼他能看出這篇論文的重要性。

說來好笑,這篇論文其實起因於他自己犯下幼稚的數學錯誤。

1921年,玻色在課堂上向學生介紹量子力學的起源,也就是黑體輻射的實驗結果始終無法用古典物理解釋,直到普朗克提出光量子的概念,才成功解決這個難題。他為學生演示古典統計力學的計算過程時,卻搞錯連國中生都知道的機率觀念。

同時擲兩枚硬幣會有四種結果:正正、正反、反正、反反,機率各是1/4,因此出現一正一反的機率是1/2,但他卻一時糊塗,誤以為機率是1/3。奇妙的是,最後竟然得出和量子力學同樣的結果!

玻色相信這絕不是巧合,他思考後提出「全同粒子」的嶄新觀念,認為光子是無法區別的,不像硬幣是獨立的不同硬幣,因此兩個光子是「正反」或「反正」也無法區分,應視為一種情況,因此機率是1/3,而非古典統計中的1/2。

玻色寫成論文投到許多期刊,但每個編輯都認為他的機率觀念有問題,他處處碰壁,才在1924年6月4日這一天鼓起勇氣寫信給愛因斯坦。

愛因斯坦果然是大師級的人物,一眼看出玻色這個獨特觀點極為重要,不但親自把論文譯成德文投到《物理學刊》,還特定附上短箋為之背書。第二年愛因斯坦還寫了一篇論文,將玻色的理論推廣到其它粒子,並預言了「愛因斯坦-玻色凝態」的全新相態(1995年終於證實真的有這種相態),而這種用於量子物理的統計便稱為「玻色-愛因斯坦統計」。

愛因斯坦不僅是玻色的伯樂,在他的推薦下,沒有博士學位的玻色破格被擢升為教授。1947年,英屬印度一分而二,玻色返回家鄉加爾各答,一直待到1974年2月4日,享年80歲。雖然他曾多次獲得提名角逐諾貝爾獎,卻始終未能獲獎。為了紀念他,粒子物理標準模型中符合玻色-愛因斯坦的粒子(也就是負責傳遞作用力的粒子),都被稱為「玻色子」,讓後人都無法忽略他對量子力學的貢獻。

補充一個軼事:

1927年,義大利政府為紀念伏打逝世一百週年,在科莫(Como)舉辦研討會,普朗克、愛因斯坦、薛丁格、狄拉克、波耳、海森堡、……等當代最著名的物理學家都參加了,玻色原本也在受邀之列,但是他卻沒有出席。

倒不是他有什麼私人因素不克前往,而是大會以為他還在加爾各答大學任教,於是在邀請函的收件人寫「給加爾各答大學的玻色教授」。但是玻色已經去了達卡大學,而加爾各答大學還有一位也姓玻色的教授,結果這位D. M. 玻色就代替好不容易出名的S. N. 玻色,參加了這場眾星雲集的物理大會。

不過D. M. 玻色比S. N. 玻色大8歲,分別在英國皇家科學學院與德國洪堡大學取得學士與博士學位,還曾進入卡文迪許實驗室學習。因此也有人認為他當時的學術聲望應不下於S. N. 玻色,或許邀請函本來就是給他的。

參考資料:

  1. Satyendra Nath Bose – Wikipedia
  2. Microsoft Word – S N BOSE.doc

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