เมื่อวันที่ 4 มิถุนายน ค.ศ.1924 Satyendranath (S.N.) Bose รองศาสตราจารย์วัย 30 ปี แห่งมหาวิทยาลัย Dacca ในแคว้น Bengal ตะวันออกของอินเดียได้ส่งงานวิจัยที่เพิ่งทำเสร็จใหม่ๆ ถึง Albert Einstein ซึ่งขณะนั้นกำลังดำรงตำแหน่งศาสตราจารย์ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย Berlin และได้แนบจดหมายแนะนำตนไปด้วยว่า
ท่านศาสตราจารย์ที่นับถืออย่างสูง
กระผมได้อาจเอื้อมส่งงานวิจัยของผมมาพร้อมจดหมายฉบับนี้เพื่อให้ท่านอ่าน และใคร่ขอความเห็น คือผมใคร่จะทราบว่า ท่านมีความเห็นเช่นไรกับผลงานชิ้นนี้ ซึ่งผมได้พยายามคำนวณหาสัมประสิทธิ์ 8 uu2/c3 82/c3 ในสูตรของ Planck โดยไม่ได้ใช้ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าเลย แต่ใช้เพียงสมมติฐานว่าปริภูมิมูลฐานของ phase-space มีปริมาตรเท่ากับ h3 (v คือความถี่ c คือความเร็วแสง และ h คือค่าคงตัวของพลังค์) ผมไม่มีความรู้ภาษาเยอรมันดีพอที่จะแปลงานวิจัยนี้เป็นภาษาเยอรมันได้ หากท่านคิดว่าผลงานชิ้นนี้มีความสำคัญ และควรค่าแก่การตีพิมพ์เผยแพร่ กระผมจะยินดีมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าท่านจัดการให้ลงพิมพ์ในวารสาร Zeitschrift für Physik แม้กระผมจะเป็นคนแปลกหน้าที่ท่านไม่เคยรู้จักมาก่อน แต่ผมก็จะขอร้องท่านให้ช่วยเหลือกระผม เพราะนักฟิสิกส์ทุกคนล้วนเป็นศิษย์ของท่านที่ท่านได้สั่งสอน และพวกเราได้เรียนจากตำรา และงานเขียนต่างๆ ของท่าน………….
เมื่อ Einstein อ่านผลงานที่ Bose ส่งมาจนจบ เขารู้สึกประทับใจในแนวคิดของ Bose มาก จึงจัดการแปลผลงานนั้นเป็นภาษาเยอรมันทันทีด้วยตนเอง แล้วส่งผลงานไปที่บรรณาธิการของวารสาร Zeitschrift โดยตั้งชื่อผลงานว่า “Planck’s Law and the Hypothesis of Light Quanta” (กฎของ Planck และสมมติฐานเกี่ยวกับควอนตัมแสง) ในจดหมายแนะนำผลงานต่อบรรณาธิการ Einstein ได้กล่าวว่า ในความเห็นของข้าพเจ้า วิธีพิสูจน์สูตรของ Planck ที่ Bose นำเสนอในที่นี้ เป็นผลงานที่มีความสำคัญมาก และวิธีการเดียวกันนี้สามารถนำไปใช้ ในทฤษฎีควอนตัมของแก๊สอุดมคติได้ด้วย ซึ่งข้าพเจ้าจะแสดงวิธีการประยุกต์นี้อย่างละเอียดในโอกาสหลัง
ภายในเวลาเพียงหนึ่งสัปดาห์ หลังจากที่ตอบจดหมายของ Bose ในวันที่ 10 กรกฎาคม 1924 Einstein ได้เสนองานวิจัยต่อที่ประชุมของ Prussian Academy of Sciences เรื่อง “On the Quantum Theory of the Monoatomic Gas” ซึ่งเป็นงานที่ต่อยอดงานวิจัยของ Bose เพราะ Bose ศึกษาคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไม่มีมวล แต่ Einstein สนใจแก๊สซึ่งประกอบด้วยอะตอมที่มีมวล
อีกหนึ่งปีต่อมา Einstein ได้นำเสนอผลงานอีกสองชิ้น ซึ่งได้คาดการณ์ว่า ธรรมชาติยังมีสสารอีกสถานะหนึ่ง (นอกเหนือจาก ของแข็ง ของเหลว แก๊ส และพลาสมาที่รู้จักกันดีแล้ว) แต่ยังไม่มีใครรู้จักสสารสถานะนี้ และยังไม่มีใครเห็นจนอีก 70 ปีต่อมา สสารสถานะใหม่คือ สารควบแน่นแบบ Bose-Einstein (Bose-Einstein condensate หรือที่เรียกสั้นๆ ว่า BEC)
งานวิจัยของ Bose ที่แสดงวิธีหาสูตรของ Planck เป็นวิธีที่ตรงไปตรงมา และมีประเด็นที่สำคัญ 3 ประการ คือ หนึ่ง รังสีไม่มีมวล แต่มีพลังงาน hu และโมเมนตัม hu/c สอง Bose มิได้ใช้สมมติฐานเรื่องคลื่นมีการสั่นภายในกล่อง และสาม สถิติที่ Bose ใช้ในการหาสูตรของ Planck เป็นสถิติรูปแบบใหม่ที่เน้นการไร้ความสามารถของมนุษย์ในการบอกความแตกต่างระหว่างอนุภาคแสงแต่ละอนุภาค
ณ วันนี้ สถิติที่ Bose นำเสนอ และ Einstein ได้เพิ่มเติมจนสมบูรณ์เป็นที่รู้จักในนามว่าสถิติแบบโบส-ไอน์สไตน์
S.N. Bose เกิดที่เมือง Kolkata (เมืองนี้เดิมชื่อ Calculta) ในอินเดีย เมื่อวันที่ 1 มกราคม ค.ศ.1894 (ตรงกับรัชสมัยพระปิยมหาราช) เป็นลูกชายคนเดียว ผู้หัวปีของครอบครัว Bose มีพี่น้องร่วมตระกูล 7 คน บิดาชื่อ Surendra Nath Bose และมารดาชื่อ Amodini Bose โดยบิดาเป็นพนักงานบัญชีแห่งการรถไฟ East India (บังคลาเทศในปัจจุบัน) และได้รับการศึกษาตามรูปแบบของอังกฤษ ซึ่งกำลังปกครองอินเดียอยู่ในขณะนั้น การมีบิดาเป็นคนที่รักวิชาการทำให้ Bose มีความสนใจหลากหลายตั้งแต่เด็ก คือ สนใจทั้งคณิตศาสตร์ และวิทยาศาสตร์ รวมถึงปรัชญาด้วย
เด็กชายBose เติบโตในครอบครัวที่อบอุ่น เพราะมารดาและบรรดาญาติๆ เป็นคนมีเมตตา ส่วนพ่อค่อนข้างเข้มงวด เมื่ออายุ 5 ขวบ Bose ได้เข้าเรียนชั้นประถมศึกษาที่โรงเรียนใกล้บ้าน แล้วย้ายไปเรียนต่อที่โรงเรียนฮินดูในอีก 3 ปีต่อมา เพราะที่นั่นมีการสอนที่ดีกว่า ครูที่สอนบอกว่า Bose มีแววอัจฉริยะตั้งแต่เด็ก แม้สายตาจะสั้น แต่ Bose ก็ชอบอ่านหนังสือและอ่าน ทั้งที่เป็นภาษาอังกฤษ สันสกฤต และเบงกอล แม้กระทั่งบทประพันธ์ของ Rabindranath Tagore และ Alfred Lord Tennyson Bose ก็อ่าน ส่วนครูคณิตศาสตร์ก็รู้เช่นกันว่า Bose มีความสามารถด้านคณิตศาสตร์มาก และในอนาคตก็จะเป็นคนที่โลกรู้จักในนามว่า Laplace หรือ Cauchy แห่งอินเดีย
เมื่ออายุ 15 ปี Bose ได้เข้าเรียนที่ Presidency College ใน Calculta แม้จะมีความสามารถด้านภาษาและมนุษยศาสตร์ค่อนข้างสูง แต่ Bose ก็ตัดสินใจเรียนวิทยาศาสตร์ เพราะเชื่อว่า วิทยาศาสตร์ วิศวกรรมศาสตร์ และเทคโนโลยี เป็นวิทยาการเดียวที่จะทำให้ประเทศก้าวหน้าทัดเทียมประเทศอื่น
อันที่จริง การตัดสินใจเช่นนี้เป็นผลสืบเนื่องมาจากเหตุการณ์ทางการเมืองด้วย เพราะอินเดียในขณะนั้นเป็นเมืองขึ้นของอังกฤษ และกำลังต่อสู้เพื่อเอกราชทุกวิถีทาง เช่น ประกาศเลิกซื้อสินค้าต่างชาติ เผาโรงงานทอผ้าของอังกฤษเพื่อทุกคนหันมาซื้อผ้าที่คนอินเดียทอเอง และตามถนนหนทางมีคนออกมาร้องเพลงปลุกใจให้รักชาติ เป็นต้น ดังนั้น Bose จึงคิดว่า ในฐานะที่เป็นคนเก่งที่มีความสามารถด้านวิทยาศาสตร์ บทบาทเดียวที่ Bose จะช่วยชาติได้คือ เป็นนักวิทยาศาสตร์
ในปี 1909 ที่ Bose เข้าเรียนที่ Presidency College อินเดียมีคนที่เก่งหลายคนเป็นเพื่อนกับ Bose เช่น Magnad Saha (เจ้าของสมการ Saha ในวิชาฟิสิกส์พลาสมา) และคนเหล่านี้ได้เข้าร่วมในขบวนการกู้เอกราชของอินเดียด้วย เมื่อเกิดสงครามโลกครั้งที่ 1 นิสิตบางคนได้หนีออกนอกประเทศเพื่อลอบนำอาวุธจากเยอรมนีเข้าประเทศ แต่ Bose ถูกบิดาสั่งห้ามไม่ให้ข้องเกี่ยวกับกิจกรรมการเมืองอย่างเด็ดขาด เพราะจะเป็นอันตราย ซึ่งจะทำให้ครอบครัวต้องสูญเสียลูกชายคนเดียวที่เป็นที่พึ่งของทุกคนในครอบครัว Bose เชื่อฟังคำห้ามของบิดา แต่ก็แอบช่วยเพื่อนๆ ที่มีอุดมการณ์เดียวกันในการกอบกู้เอกราชของชาติ เช่น ให้บ้านที่พักเป็นที่หลบซ่อนจากผู้ติดตาม หรือบางครั้งก็แอบให้เงิน และเป็นคนนำสารให้ เมื่อถึงเวลากลางคืน Bose จะเปิดห้องเรียนสอนหนังสือให้ชาวบ้าน เพราะ Bose เชื่อว่าอินเดียจะเป็นเอกราชได้ ถ้าประชาชนส่วนมากได้รับการศึกษา
แม้ Bose จะเป็นลูกที่อยู่ในโอวาทของบิดา แต่เขาก็ปฏิเสธคำสั่งห้ามของที่ไม่ให้เล่นดนตรี เพราะนอกจากจะเสียเวลาแล้ว ยังไม่สามารถใช้เป็นอาชีพได้ด้วย เพราะ Bose ชอบดนตรีเป็นชีวิต และเป็นนักดนตรีที่สามารถรอบด้านโดยเฉพาะขลุ่ย และซอ
Bose สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีเมื่ออายุ 19 ปี และปริญญาโทในอีก 2 ปีต่อมา โดยทำคะแนนได้ดีเยี่ยมเป็นที่หนึ่งทั้งสองระดับ แต่ก็ไม่มีงานให้ทำและไม่มีโอกาสจะเรียนต่อ จึงต้องหาเงินโดยการเป็นครูสอนพิเศษตามบ้าน ในช่วงเวลานั้น มารดาของ Bose ต้องการให้ลูกชายแต่งงานตั้งแต่อายุยังน้อย Bose จึงเข้าสมรสกับ Ushabati Ghosh ผู้เป็นบุตรสาวของแพทย์ที่มีฐานะดี และ Bose ก็ไม่ได้เรียกสินสอดจากครอบครัว Ghosh เลย อีกทั้งไม่ได้ขอเงินพ่อตาไปศึกษาไปศึกษาต่อเมืองนอกด้วย แต่กลับไปสมัครเรียนปริญญาเอกด้านคณิตศาสตร์ที่มหาวิทยาลัย Calcutta ครั้นเมื่อที่ปรึกษากล่าวตำหนิอาจารย์ที่เคยสอน Bose เขารู้สึกทนไม่ได้จึงลาออก และไปสมัครงานเป็นครูสอนหนังสือที่โรงเรียนมัธยมแห่งหนึ่งในแคว้น Bihar แต่ไม่ได้งานเพราะคุณวุฒิเกิน การสมัครงานที่สถาบันอุตุนิยมวิทยาก็ไร้ผล ในขณะที่ชะตาชีวิตตกต่ำสุดๆ นี้ Bose ได้งานที่ University College of Science ซึ่งอธิการบดีสนใจการวิจัยคณิตศาสตร์ และต้องการจัดหลักสูตรการสอนในมหาวิทยาลัยให้ทันสมัย เพราะในช่วงเวลานั้น โลกฟิสิกส์มีการปฏิวัติที่ยิ่งใหญ่มากมาย โดย Planck, Einstein และ Bohr และอธิการบดีได้มอบให้ Bose สอนทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของ Einstein ทั้งๆ ที่ไม่มีตำราที่เขียนเกี่ยวกับเรื่องนี้ให้ศึกษาเลย
Bose จึงต้องขอยืมตำราเยอรมันจากเพื่อนที่เคยไปเรียนที่เยอรมนี และหัดอ่านภาษาเยอรมัน เพื่อเตรียมตัวสอนหนังสือ
ในปี 1919 เมื่อทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein ได้รับการยืนยันว่าถูกต้องโดยได้ทำนายว่า แสงจะเดินทางเป็นเส้นโค้งขณะผ่านใกล้ดวงอาทิตย์ Bose ได้แปลผลงานวิจัยของ Einstein เป็นภาษาอังกฤษให้นักวิทยาศาสตร์อินเดียได้รับทราบทันที
อีก 2 ปีต่อมา Bose ได้ย้ายไปประจำที่ Dhaka University ในเบงกอลตะวันออก (คือบังคลาเทศในปัจจุบัน) และเริ่มสร้างภาควิชา หาตำราทันสมัย และหาอาจารย์ใหม่ๆ รวมถึงจัดสร้างห้องปฏิบัติการขั้นสูงด้วย ส่วน Bose ทำหน้าที่สอนวิชาอุณหพลศาสตร์ และทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า แต่สอนได้ไม่ถึงปี ความขัดแย้งระหว่างรัฐบาลอินเดีย กับผู้บริหารแคว้นเบงกอลก็บังเกิด และตำแหน่งอาจารย์ของ Bose จะถูกถอดถอน เพราะมหาวิทยาลัยถูกตัดงบประมาณ
ในช่วงเวลาที่สับสนและวุ่นวายมากนี้ Bose ได้เขียนงานวิจัยที่ทำให้เขามีชื่อเสียงโด่งดัง และส่งไปถึงบรรณาธิการของวารสาร Philosophical Magazine ในต้นปี 1924 และได้รับจดหมายตอบว่า กองบรรณาธิการไม่เห็นด้วยกับเนื้อหาและข้อสรุปที่ Bose เขียน จึงปฏิเสธไม่ลงพิมพ์ให้
Bose ได้ส่งงานวิจัยที่ถูกปฏิเสธนี้ไปให้ Einstein อ่าน และเมื่อ Saha บอก Bose ว่าได้เห็นงานที่ Einstein กับ Ehrenfest ทำเรื่องอันตรกริยาระหว่างสสารกับรังสี Bose จึงรีบเขียนงานวิจัยชิ้นที่สองเรื่องสสารกับรังสี และส่งไปให้ Einstein อ่านในเวลาไล่เลี่ยกับงานชิ้นแรก
ในวันที่ 2 กรกฎาคม ค.ศ.1924 Einstein ได้ส่งโปสการ์ดถึง Bose และตอบรับจะตีพิมพ์ผลงานของ Bose เรื่องสถิติของรังสี และเสริมว่าเป็นผลงานที่สำคัญ
โปสการ์ดฉบับนั้นทำให้ Bose ได้มีสิทธิลาไปทำผลงานวิชาการเป็นเวลาสองปี และเดินทางถึง Paris ในเดือนตุลาคม ค.ศ.1924 ด้วยเงินที่น้อยนิด Bose ได้เช่าห้องราคาถูกอยู่รวมกับนักศึกษาอินเดียคนอื่นๆ ที่มีหัวรุนแรง และเป็นนักเคลื่อนไหวต่อต้านอังกฤษ Bose ตั้งใจศึกษาหาความรู้ใหม่ๆ จากห้องปฏิบัติการของ de Broglie และ Marie Curie แต่มาดาม Curie ขอให้ Bose พยายามเรียนภาษาฝรั่งเศสก่อนจะเริ่มทำงานในห้องปฏิบัติการ เพราะ Curie พูดภาษาอังกฤษไม่คล่องมาก Bose บอกเธอว่า เขาได้เรียนภาษาฝรั่งเศสมาสิบปีแล้ว จะอย่างไรก็ตาม Bose ก็ต้องเชื่อเธอ
Bose ได้เขียนจดหมายขอบคุณ Einstein ที่ช่วยแปลงานวิจัยให้ และส่งไปลงพิมพ์ ซึ่ง Bose ได้เห็นงานวิจัยนั้นในวารสารก่อนออกเดินทางจากอินเดีย และใคร่ขอความเห็นของ Einstein เกี่ยวกับงานชิ้นที่สอง เรื่อง “Thermal Equilibrium in the Radiation Field in the Presence of the Matter” แล้ว Bose ได้จบจดหมายว่า ใคร่จะได้ไปทำงานกับ Einstein เพราะนั่นคือ ความฝันสูงสุดที่มีเป็นเวลานานแล้ว
ในวันที่ 3 พฤศจิกายน Einstein ได้ตอบจดหมายของ Bose และบอกยินดีที่จะได้พบ และสนทนากับ Bose พร้อมกันนั้นก็ได้บอกว่า งานวิจัยชิ้นที่สองของ Bose ก็ได้รับการตีพิมพ์เช่นกัน แต่มีหลายประเด็นที่ Einstein ไม่เห็นด้วยกับวิธีคิดของ Bose และ Einstein ต้องการจะแลกเปลี่ยนความคิดเห็นในข้อแตกต่าง เวลาพบกันที่ Berlin Bose รับข้อคิดเห็นของ Einstein แล้วเขียนงานวิจัยชิ้นที่สาม จากนั้นได้ส่งให้ Einstein อ่านอีก แต่คำวิจารณ์ของ Einstein ได้ทำให้งานชิ้นที่ 2 และ 3 ของ Bose ไม่มีใครสนใจมากเท่างานวิจัยชิ้นแรก
ในเดือนตุลาคม ค.ศ.1925 Bose เดินทางไปพบ Einstein ที่ Berlin และ Einstein ได้แนะนำให้รู้จักนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงของเยอรมนี เช่น Fritz Haber, Otto Hahn, Lise Meitner และ Walter Gordon ช่วงเวลานั้นเป็นเวลาที่ทฤษฎี Quantum เพิ่งถือกำเนิด งานของ Heisenberg และ Schroedinger กำลังทำให้ทุกคนรวมถึง Einstein ด้วย รู้สึกตื่นเต้นมาก การเยี่ยมเยือน Einstein ไม่ได้ทำให้ Bose มีผลงานใดๆ ที่สำคัญ
หลังจากเวลาผ่านไปสองปี Bose ได้เดินทางกลับไปเป็นอาจารย์ต่อที่มหาวิทยาลัย Dacca และเมื่อมหาวิทยาลัยมีอัตราว่างในตำแหน่งศาสตราจารย์ จดหมายรับรองจาก Einstein, de Broglie และ Langevin ได้ทำให้ Bose ได้ครองตำแหน่งศาสตราจารย์ฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัย Dacca
ประสบการณ์ที่ห้องปฏิบัติการของ de Broglie และ Curie ทำให้ Bose ตระหนักในความสำคัญของการทดลองวิทยาศาสตร์ ดังนั้น เมื่อกลับถึงบ้านเกิด Bose ได้หันมาสนใจงานทดลอง โดยการออกแบบ และสร้างอุปกรณ์ต่างๆ เอง นอกจากจะสอนหนังสือกับคุมวิทยานิพนธ์แล้ว Bose ยังทำงานบริหารเป็นหัวหน้าภาควิชาและคณบดีด้วย ผลงานวิจัยในช่วงนี้ มีทั้งเคมี คณิตศาสตร์ และฟิสิกส์
ในปี 1945 Bose ลาออกจากมหาวิทยาลัย Dacca เพื่อไปเป็นอาจารย์ที่มหาวิทยาลัย Calcutta และเกษียณในอีก 10 ปีต่อมา แต่ก็ยังพำนักอยู่ที่ Calcutta จนเสียชีวิตในปี 1974
Bose รัก นับถือ และกตัญญูต่อ Einstein มาก ตลอดชีวิตของเขา แม้จะไม่ได้รับวีซ่าไปอเมริกาเพื่อเยี่ยม Einstein แต่ Bose ก็ยังระลึกถึงครูเทพของเขาตลอดกาล
ความสำเร็จของ Bose แม้จะไม่มากเท่าของ Saha และ Ramann แห่งอินเดีย เพราะ Bose เป็นคนที่ให้ความสำคัญกับความคิดที่ดีสุดยอดเท่านั้นจึงจะตีพิมพ์ แต่เขาก็เป็นนักฟิสิกส์อัจฉริยะคนหนึ่งของโลกที่เป็นคนอินเดีย
อ่านเพิ่มเติมจาก S.N. Bose: The Man and His Works: Collected Scientific Papers โดย P. Ghose ที่มี C.K. Majumdar เป็นบรรณาธิการที่ S.N. Bose National Center for Basic Sciences, Calcutta, India (1994)
*********************
เกี่ยวกับผู้เขียน
สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน - ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์
ประวัติการศึกษา - ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์
*********
สำหรับผู้สนใจต่อยอดความรู้ หนังสือ "สุดยอดนักผจญภัย" โดย ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน มีวางจำหน่ายแล้วในราคาเล่มละ 250 บาท
