كتب ساتيندرا ناث بوز إلى أينشتاين في 4 يونيو 1924، وترجم أينشتاين ورقته وقدمها للنشر بحلول 2 يوليو، وتحمل البوزونات اسمه مع أنه لم يفز قط بجائزة نوبل

في 4 يونيو 1924، كتب ساتيندرا ناث بوز، وهو ريدر (رتبة أكاديمية تسبق الأستاذية) في الفيزياء بجامعة دكا (Dacca University آنذاك) في الثلاثين من عمره، إلى ألبرت أينشتاين في برلين وأرفق ورقة قصيرة تشتق قانون بلانك للإشعاع دون الكهروديناميكا الكلاسيكية. وترجم أينشتاين الورقة إلى الألمانية بنفسه، وبحلول 2 يوليو 1924 كان قد سلّمها إلى مجلة Zeitschrift für Physik، المجلة التي طلبها بوز. وتُسمى الجسيمات التي تتبع الإحصاء الذي قدمته الورقة بوزونات نسبة إليه.

لم يفز بوز بجائزة نوبل قط. يدرجه أرشيف نوبل مرشحا 11 مرة، وتبقى عدة نقاط من قصته موضع خلاف بين المؤرخين الذين قرأوا الرسائل. وتُشار كل منها أدناه.

ريدر بلا دكتوراه يكتب إلى برلين

وُلد بوز في كلكتا في 1 يناير 1894. وبحسب الفيزيائي كاميشوار والي، حل أولا في امتحاني البكالوريوس (1913) والماجستير (1915) في كلية بريزيدنسي، وجاء صديقه ميغناد ساها ثانيا. وترجم مع ساها ورقتي أينشتاين وهيرمان مينكوفسكي عن النسبية إلى الإنجليزية، في كتاب نشرته جامعة كلكتا عام 1920. وانتقل إلى جامعة دكا حديثة التأسيس ريدر عام 1921، ولم يكن يحمل دكتوراه.

وتقول رسالته المرفقة، كما يعيد والي نشرها، إنه حاول أن يشتق المعامل 8πν²/c³ في قانون بلانك بمعزل عن الكهروديناميكا الكلاسيكية، مفترضا فقط أن أصغر مناطق فضاء الطور (فضاء المواضع والزخوم) محتواها h³. وكتب أنه لا يعرف الألمانية بما يكفي ليترجمها. وتابع: “مع أنني غريب تماما عنك، فلا أشعر بأي تردد في تقديم طلب كهذا”. ونسخة أطول من الرسالة في السيرة التي نشرتها الأكاديمية الوطنية الهندية للعلوم، كتبها إس. دي. تشاترجي عام 1983، تضيف أن بوز ذكّر أينشتاين بترجمات كلكتا وبأنه ترجم الورقة عن النسبية العامة.

يقول والي وتشاترجي معا إن التدريس هو الذي طرح المسألة. فقد زار ساها دكا نحو مارس 1924 لامتحان الأعمال العملية للماجستير، وحدّث بوز عن محاولات باولي، ومحاولة أينشتاين وإهرنفست، لاشتقاق قانون بلانك. ويكتب تشاترجي أن بوز واجه الصعوبة مع طلابه في الدراسات العليا. ويقول والي إن زيارة ساها جعلته يفكر في الإشعاع والمادة وأدت إلى ورقة ثانية، أرسلها إلى أينشتاين في الوقت نفسه تقريبا مع الأولى. ويلاحظ تشاترجي أن رسالتها المرفقة مؤرخة 15 يونيو 1924.

ما الذي غيّرته الورقة في قانون بلانك

ينص قانون بلانك لعام 1900 على كمية الإشعاع من كل تردد في صندوق محفوظ عند درجة حرارة معينة. وله جزءان: متوسط طاقة كل نمط اهتزاز، وعدد الأنماط. ويلاحظ إنريك بيريز وتيلمان زاور من مشروع أوراق أينشتاين أن الاشتقاقات السابقة حصلت على متوسط الطاقة من التكمية، لكنها اشتقت العامل السابق، أي عدّ الأنماط، من النظرية الكلاسيكية وحدها.

كان عدّ بوز جديدا. ففي النسخة التي يعيد مسعود منصوري نشرها، يُقسم فضاء الطور لكم الضوء إلى خلايا حجم كل منها h³، ويحوي كل نطاق تردد عددا من الخلايا يتضمن حالتي استقطاب، ثم تُوزع الكمات على الخلايا. ولأن الكمات تُعامل على أنها متطابقة، فإن تبديل اثنين منها لا يصنع ترتيبا جديدا. وعلى خطى أبراهام بايس، يقول والي إن الاشتقاق لم يشر إلى النظرية الكلاسيكية، ويصنفه رابع الأوراق الثورية في النظرية الكمية القديمة وآخرها، بعد أوراق بلانك وأينشتاين وبور.

ويختلف المؤرخون في مدى تعمد هذا العد. خمّن ماكس ديلبروك، في 1980، أن بوز ارتكب خطأ في الإحصاء ببساطة دون أن يدرك مدى غرابة طريقته في العد. وقال بوز لاحقا للمؤرخ جاغديش مهرا، كما يقتبسه تشاترجي، إنه لم يكن يعلم أن ما فعله جديد حقا، ولم يكن يظن أن طريقته تختلف عن إحصاء بولتزمان.

مجلة Philosophical Magazine: رفض أم صمت

كان بوز قد نشر في Philosophical Magazine من قبل، مع ساها عام 1918، وتقول السيرة إنه أرسل هذه الورقة إليها أولا. وتختلف الروايات عما حدث بعد ذلك.

في رواية والي أرسل بوز الورقة في أواخر 1923 أو أوائل 1924، وبعد ستة أشهر أبلغه المحررون أن تقرير المحكّم سلبي. وتقول سيرة تشاترجي إن رسالة القبول لم تصل زمنا طويلا. وعند روبرت كريس وجينو إيليا في Physics World لم يسمع بوز جوابا أبدا، مع أن تعليقا توضيحيا في المقال نفسه يصف الورقة بأنها مرفوضة. أما بيريز وزاور، مستشهدَين بوليام بلانبيد (1972) ووالي (2006)، فيقولان إن المحررين رفضوها. ويضيف والي أن المؤرخ جون ستاشل يقدم رواية متعارضة عن موعد اكتمال الورقة. والثابت أن Philosophical Magazine لم تنشرها.

بطاقة أينشتاين البريدية وثلاث أوراق عن الغازات

جاء الجواب ببطاقة بريدية من أينشتاين مؤرخة 2 يوليو 1924. ويقتبسها والي: “إنها تمثل خطوة مهمة إلى الأمام وتسرّني كثيرا”. ويُظهر سجل شبرينغر أن Zeitschrift für Physik تسلمت الترجمة في 2 يوليو 1924، وأن الورقة تظهر في المجلد 26، الصفحات 178 إلى 181. ووصف أينشتاين في ملاحظة المترجم الاشتقاق بأنه تقدم مهم، وقال إن الطريقة تعطي أيضا النظرية الكمية للغاز المثالي. وتعطي المصادر أشهرا مختلفة للنشر: يقول تشاترجي وقاموس أكسفورد للسيرة الوطنية أغسطس 1924، بينما يعطي سجل شبرينغر ديسمبر 1924 للعدد المجلد.

وفي 10 يوليو 1924 قدم أينشتاين إلى الأكاديمية البروسية للعلوم ورقة عن النظرية الكمية للغاز أحادي الذرة المثالي. وبعد يومين كتب إلى باول إهرنفست، في رسالة يقتبسها بيريز وزاور بالألمانية، أن الهندي بوز قدم اشتقاقا أنيقا يبقى جوهره غامضا، وأنه طبّقه على غاز مثالي. وقُرئت ورقة ثانية في الأكاديمية في 8 يناير 1925 وثالثة في 29 يناير 1925.

وتتنبأ الورقة الثانية بمتكاثف بوز وأينشتاين. فتحت درجة حرارة حرجة، وجد أينشتاين، ستتكدس حصة متزايدة من الجزيئات في حالة الزخم الصفري. وفي 29 نوفمبر 1924 أخبر إهرنفست أن الجزيئات ستتكاثف (condense) دون أي قوى تجاذب، ووصف النظرية بأنها جميلة وقال إنه لا يعرف هل فيها شيء من الحقيقة. وتناولت تلك الورقة أيضا نقدا من إهرنفست وآخرين، مفاده أن عدّ بوز وعدّ أينشتاين نفسه يعاملان الكمات أو الجزيئات على أنها غير مستقلة إحصائيا. وكتب أينشتاين، في ترجمة بيريز وزاور: “هذا صحيح تماما”.

ويكمل بيان مؤسسة نوبل الصحفي لجائزة الفيزياء 2001 القصة. فقد صنع إريك كورنيل وكارل ويمان متكاثفا نقيا من نحو 2,000 ذرة روبيديوم عند 20 نانوكلفن عام 1995، بعد سبعين عاما من التنبؤ، وذهبت الجائزة إلى كورنيل وفولفغانغ كيترلي وويمان “لتحقيق تكاثف بوز وأينشتاين في غازات مخففة من ذرات القلويات، وللدراسات الأساسية المبكرة لخصائص المتكاثفات”.

عامان في باريس وبرلين

يقول والي وتشاترجي كلاهما إن بطاقة أينشتاين ساعدت بوز في الحصول على إجازة دراسية لعامين. أبحر من بومباي في مطلع سبتمبر 1924 ووصل باريس في منتصف أكتوبر، وأقام في مبنى جمعية الطلاب الهنود في شارع سومرار (Rue du Sommerard). وتذكّر بوز أن ماري كوري قالت له أن ينتظر ثلاثة أو أربعة أشهر ويتعلم الفرنسية قبل أن يعمل في مختبرها، فانضم إلى مختبر الأشعة السينية لموريس دي بروي بدلا من ذلك. وكان بول لانجفان اتصالا آخر هناك.

وفي 26 أكتوبر كتب بوز إلى أينشتاين من باريس يطلب العمل تحت إشرافه. وأجاب أينشتاين في 3 نوفمبر بأنه سيسعد بلقائه، وبأنه لا يوافق على قانون الاحتمال في ورقة بوز الثانية، التي عن الاتزان الحراري للإشعاع بوجود المادة، وكان أينشتاين قد ترجمها وعلّق عليها أيضا. أما الورقة الثالثة، التي أعلن عنها بوز في 27 يناير 1925، فلم تُنشر قط، ولا يجد والي لها أثرا في أرشيف أينشتاين بالجامعة العبرية في القدس.

وجاءت برلين في أكتوبر 1925، بحسب والي وسيرة أكسفورد. وهناك عرّفه أينشتاين على فريتس هابر وأوتو هان وليزه مايتنر وفالتر غوردون، وكلّفه بمسألتين عن إحصاء كمات الضوء. ولم يحرز بوز تقدما في أي منهما، يكتب والي. ويضيف تشاترجي زيارة إلى غوتنغن في صيف 1926، التقى فيها ماكس بورن، قبل عودته إلى دكا في تلك السنة.

وتأتي ذكرى متأخرة من الفيزيائي بارثا غوش، وهو طالب سابق عند بوز. ففي محاضرة في أبريل 2005 في جامعة دكا، قال غوش إن بوز أخبره ذات مرة، على سبيل السر، أن اشتقاقه أعطى أولا 4πν²/c³ بدلا من 8πν²/c³، وأنه اقترح أن العامل 2 المفقود مصدره أن للفوتون لفا (spin) مقداره وحدة واحدة. ويتذكر غوش أن بوز قال بالبنغالية، بابتسامة حزينة، «الرجل العجوز شطبه!». ويضيف والي أن أينشتاين وضع على ما يبدو حالتي الاستقطاب مكانه. وهذا يقوم على ذاكرة غوش لمحادثة خاصة، ويعرضه والي على هذا النحو.

دكا وكلكتا والتكريمات

ونصحه أصدقاؤه، وهو بلا دكتوراه، بأن يحصل على توصية من أينشتاين قبل أن يتقدم لكرسي دكا. وكتب أينشتاين أن أعمال بوز الأخيرة، خاصة عن اتزان الإشعاع، تمثل “تقدما مهما ودائما للنظرية الفيزيائية”. ويقول تشاترجي إن الكرسي عُرض أولا على دي. إم. بوز فرفضه، وإن إس. إن. بوز صار أستاذ الفيزياء ورئيس القسم عام 1927.

وبنى في دكا كاميرات لحيود الأشعة السينية وبرنامجا في علم البلورات، وانصرف إلى الكيمياء العضوية. وفي 1945 انتقل إلى جامعة كلكتا أستاذا في كرسي خيرة (Khaira). وتذكر السيرة السبب: التوتر الطائفي في دكا الذي أزعجه. ويكتب والي أن إنجازات بوز البحثية كانت أقل استمرارا وأقل عددا من إنجازات معاصرين مثل ساها وسي. في. رامان.

جلس بوز في راجيا سابها من 1952 إلى 1958، وتعطي بوابة العلوم الحكومية 1954 عاما لوسام بادما فيبوشان. وفي 1958 انتخبته الجمعية الملكية زميلا. وبعد تقاعده من كلكتا عام 1956 صار نائب رئيس جامعة فيسفا بهاراتي، الجامعة في شانتينيكيتان التي أسسها رابندرانات طاغور، حتى 1958، ثم عمل أستاذا وطنيا. وفي منتصف الخمسينيات نشر خمس أوراق عن نظرية أينشتاين للمجال الموحد. وحين بلغ خبر وفاة أينشتاين، يكتب تشاترجي، مزّق بوز النسخة الوحيدة من ورقة مهمة له.

من أين جاءت كلمة بوزون

يعود المصطلح إلى بول ديراك. يكتب غوردون فريزر ومايكل ريوردان في Physics World أنه في محاضرة عامة في «باريس التي مزقتها الحرب» في ديسمبر 1945 سمّى جسيمات فيرمي فرميونات وجسيمات بوز بوزونات، وثبتت الأسماء. وتنسب MacTutor إليه النحت أيضا. وقدّم باولي الصلة بين الصنفين واللف في 1936 و1940، يقول تشاترجي: الجسيمات ذات اللف العددي الصحيح تتبع إحصاء بوز، والتي لفها نصف عددي تتبع إحصاء فيرمي.

وتعرّف Physics World البوزون بأنه أي جسيم له لف كمي عددي صحيح، وتقول سيرن (CERN) إن بوزون هيغز هو الجسيم الوحيد الذي لفه صفر. وأعلنت تجربتا أطلس وسي إم إس الاكتشاف في 4 يوليو 2012، وتصف افتتاحية Nature Physics عام 2024 كلمة “بوزون” بأنها على الأرجح من أكثر مصطلحات الفيزياء شهرة منذ ذلك الحين. ويتناول مقالنا عن الهند في سيرن دور الهند في ذلك البحث.

أحد عشر ترشيحا وبلا جائزة

يدرج أرشيف نوبل بوز مرشحا في 11 ترشيحا: 1956 و1959 واثنان في 1962 وواحد في كل من 1968 و1969 و1970 وثلاثة في 1971 وواحد في 1972. وخمسة منها، من 1968 إلى 1972، جاءت من إم. جي. كي. مينون. ويسجل الأرشيف المرشِّح والمرشَّح، ولا يذكر أي من المصادر المستخدمة هنا سببا ذكرته اللجنة لتجاوزه.

تؤطر السجل قاعدة وجائزتان. فتنص لوائح مؤسسة نوبل على أن العمل الذي أنتجه شخص توفي منذ ذلك “لا يُنظر فيه لمنح جائزة”. وتوفي بوز في 4 فبراير 1974، فلم تعد جائزة عن عمله هو ممكنة بعد ذلك التاريخ. وجاء أول متكاثف عام 1995 والجائزة عنه عام 2001. وذهبت جائزة الفيزياء 2013 إلى فرانسوا إنغلير وبيتر هيغز عن الاكتشاف النظري لآلية وراء أصل الكتلة، تأكدت بالجسيم الذي عُثر عليه في سيرن. وتلاحظ هانا شمالشتيش في Physics World عام 2023 أن بوز لم ينل نوبل عن إسهامه الكامن وراء البوزون.

يقدم مصدران حكما على المزاج لا على منطق اللجنة. يكتب والي أن بوز، بعد نجاحه المبكر، “وقع في فخ الكمالية” ولم ينشر إلا ما رآه جديرا ولم يحتفظ بملاحظات قط. ويقول تشاترجي إنه تجنب الأضواء وكان قد عزم على أن “يتبنى العيش في الظل”.

وفي 10 يناير 1974، قبل نحو شهر من وفاته، كتب بوز إلى صديقته جاكلين أيزنمان، التي التقاها في باريس، أن الجامعة ترعى مؤتمرا عن الفيزياء الإحصائية وسمّته الذكرى الخمسين لإحصاء بوز.