Charles H. Townes

قال القندس للأرنب وهما يحدقان في سد هوفر: لا، لم أبنه بنفسي، لكنه يعتمد على فكرة من أفكاري

Charles Hard Townes كان عالم فيزياء أمريكياً. عمل Townes على نظرية وتطبيق الميزر، وحصل على براءة الاختراع الأساسية له. تعامل عمله الآخر في الإلكترونيات الكمومية مع أجهزة الميزر والليزر. في عام 1964 شارك جائزة نوبل في الفيزياء مع Nikolay Basov و Alexander Prokhorov. كان Townes مستشاراً للحكومة الأمريكية، والتقى بكل رئيس أمريكي من Harry Truman عام 1945 إلى Bill Clinton عام 1999.

أشرف على لجنة المستشارين العلميين والتكنولوجيين للحكومة الأمريكية ببرنامج الهبوط القمري Apollo. بعد أن أصبح أستاذاً في جامعة كاليفورنيا في Berkeley عام 1967، بدأ برنامجاً في الفيزياء الفلكية أسفر عن عدة اكتشافات مهمة، على سبيل المثال، الثقب الأسود في مركز مجرة درب التبانة.

كان Townes متديناً وآمن بأن العلم والدين يتقاربان لتوفير فهم أعمق لطبيعة الكون وغايته.

الحياة المبكرة

من أصل ألماني عرقي وكذلك نسبة كبيرة من الأصول الإسكتلندية والإنجليزية والويلزية والفرنسية الهوغونوتية والأيرلندية الإسكتلندية، وُلد Townes في Greenville، South Carolina، ابن Henry Keith Townes (1876-1958)، محامٍ، و Ellen Sumter Townes (من عائلة Hard؛ 1881-1980). حصل على درجة B.S. في الفيزياء ودرجة B.A. في اللغات الحديثة من جامعة Furman، حيث تخرج عام 1935. أكمل Townes عمله للحصول على درجة الماجستير في الفيزياء في جامعة Duke خلال عام 1937، ثم بدأ الدراسات العليا في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، من حيث حصل على درجة الدكتوراه عام 1939. خلال الحرب العالمية الثانية، عمل على أنظمة الرادار القنبلية في Bell Labs.

الحياة المهنية والبحث

في عام 1950، تم تعيين Townes أستاذاً في جامعة Columbia. عمل كمدير تنفيذي لمختبر Radiation في Columbia من 1950 إلى 1952. كان رئيس قسم الفيزياء من 1952 إلى 1955.

في عام 1951، ابتكر Townes طريقة جديدة لإنشاء شعاعات مكثفة ودقيقة من الإشعاع المتماسك، والتي اخترع لها اختصار ميزر (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation). عندما تم تطبيق نفس المبدأ على ترددات أعلى، تم استخدام مصطلح ليزر حيث حل كلمة "الضوء" محل كلمة "الموجات الميكروية".

خلال عام 1953، قام Townes و James P. Gordon و Herbert J. Zeiger ببناء أول ميزر أمونيا في جامعة Columbia. استخدم هذا الجهاز الانبعاث المحفز في تيار من جزيئات الأمونيا المثارة لإنتاج تضخيم الموجات الميكروية بتردد حوالي 24.0 جيجاهيرتز.

من 1959 إلى 1961، كان في إجازة من جامعة Columbia ليعمل نائب رئيس ومدير البحث في معهد الدراسات الدفاعية في Washington, D.C.، منظمة غير ربحية قدمت المشورة للحكومة الأمريكية وكانت تديرها إحدى عشرة جامعات. بين عامي 1961 و 1967، عمل Townes كنائب رئيس وأستاذ فيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ثم، في عام 1967، تم تعيينه أستاذاً للفيزياء في جامعة كاليفورنيا في Berkeley، حيث ظل لما يقرب من 50 عاماً؛ كان وضعه أستاذ فخري في الوقت الذي توفي فيه عام 2015. بين عامي 1966 و 1970، كان رئيس لجنة المستشارين العلميين بوكالة الفضاء الأمريكية NASA ببرنامج الهبوط القمري Apollo.

لابتكاره الميزر، تلقى Townes مع Nikolay Basov و Alexander Prokhorov جائزة نوبل في الفيزياء عام 1964. طوّر Townes أيضاً استخدام الميزرات والليزرات في علم الفلك، وكان جزءاً من فريق اكتشف لأول مرة جزيئات معقدة في الفضاء، وحدد كتلة الثقب الأسود الهائل في مركز مجرة درب التبانة.

خلال عامي 2002-2003، عمل Townes محاضراً Karl Schwarzschild في ألمانيا ومحاضراً Birla و Schroedinger في الهند.

Townes هو أحد مستقبلي جائزة نوبل في الفيزياء الأمريكيين العشرين الذين وقعوا على رسالة موجهة إلى الرئيس George W. Bush في مايو 2008، يحثونه على "عكس الأضرار التي لحقت بأبحاث العلوم الأساسية في قانون الاعتمادات الشامل للسنة المالية 2008" من خلال طلب تمويل طوارئ إضافي لمكتب العلوم بوزارة الطاقة والمؤسسة الوطنية للعلوم والمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا.

الفيزياء الفلكية

مركز المجرة

لطالما حيّر مركز درب التبانة الفلكيين، والغبار الكثيف يحجب الرؤية عنه في الضوء المرئي. خلال منتصف السبعينيات إلى أواخرها، درس Townes مع Eric Wollman و John Lacy و Thomas Geballe و Fred Baas Sagittarius A، منطقة HII في مركز المجرة، بأطوال موجية تحت الحمراء. لاحظوا غاز النيون المؤين يدور حول المركز بسرعات بحيث يجب أن تكون الكتلة في المركز جداً مساوية تقريباً لكتلة 3 ملايين شمس. مثل هذه الكتلة الضخمة في مساحة صغيرة جداً تضمنت أن الجسم المركزي مصدر الراديو Sagittarius A* يحتوي على ثقب أسود هائل. كان Sagittarius A* أحد أول الثقوب السوداء المكتشفة؛ لاحقاً تم تحديد كتلته بدقة أكثر لتكون 4.3 ملايين كتلة شمسية.

أشكال وأحجام النجوم

كان آخر ابتكار تكنولوجي رئيسي لـ Townes هو Infrared Spatial Interferometer مع Walt Fitelson و Ed Wishnow وآخرين. جمعت المشروع ثلاثة كاشفات بنية تحتية للأشعة تحت الحمراء المتحركة محاذاة بواسطة أشعة ليزر تدرس نفس النجم. إذا كان كل تلسكوب على بعد 10 أمتار من الآخر، فإنه يخلق انطباعاً بعدسة بطول 30 متراً. كشفت ملاحظات Betelgeuse، عملاق أحمر في كتف كوكبة Orion، أنه يزداد وينخفض حجمه بمعدل 1٪ سنوياً، 15٪ على مدى 15 سنة. ينتج ISI دقة زاوية وفضائية عالية جداً. تلعب التكنولوجيا أيضاً دوراً مهماً في البحث عن حياة خارج الأرض بالتعاون مع Dan Werthimer من Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI).

الحياة الشخصية والإرث

تزوج Townes من Frances H. Brown، ناشطة لمساعدة المشردين، في عام 1941. عاشا في Berkeley، California وأنجبا أربع بنات، Linda Rosenwein و Ellen Anderson و Carla Kessler و Holly Townes.

رجل متديّن وعضو في الكنيسة الموحدة للمسيح، آمن Townes بأن "العلم والدين متوازيان جداً، متشابهان أكثر بكثير مما يعتقده معظم الناس وأنه في نهاية المطاف، يجب أن يتقاربا". كتب في بيان بعد فوزه بجائزة Templeton عام 2005: "يحاول العلم فهم ماهية كوننا وكيف يعمل، بما فيها نحن البشر. يهدف الدين إلى فهم غرض ومعنى كوننا، بما في ذلك حياتنا الخاصة. إذا كان للكون غرض أو معنى، يجب أن ينعكس هذا في هيكله وعمله، وبالتالي في العلم."

العلم والدين

تم شرح آراء Townes فيما يتعلق بالعلم والدين في مقالاته "The Convergence of Science and Religion" و "Logic and Uncertainties in Science and Religion" وكتابه Making Waves. شعر Townes بأن جمال الطبيعة "مصنوع من الواضح من قبل الله" وأن الله خلق الكون لكي يظهر البشر ويزدهرون. 

كان يصلي كل يوم وشعر في النهاية بأن الدين أكثر أهمية من العلم لأنه يعالج السؤال الأطول أمداً والأكثر أهمية: معنى وغرض حياتنا. يعتمد إيمان Townes بتقارب العلم والدين على أوجه تشابه مزعومة:

1. الإيمان. جادل Townes بأن العالم لديه إيمان مثل الشخص المتديّن، مما يسمح له/لها بالعمل لسنوات من أجل نتيجة غير مؤكدة.
2. الوحي. ادعى Townes أن العديد من الاكتشافات العلمية المهمة، مثل اختراعه للميزر/الليزر، حدثت كـ "فلاش" أقرب بكثير إلى الوحي الديني من تفسير البيانات.
3. الإثبات. خلال هذا القرن اكتشف عالم الرياضيات Godel أنه لا يمكن أن يكون هناك دليل مطلق بالمعنى العلمي. يتطلب كل دليل مجموعة من الافتراضات، وليس هناك طريقة للتحقق من أن تلك الافتراضات متسقة ذاتياً لأن افتراضات أخرى ستكون مطلوبة.
4. عدم اليقين. آمن Townes بأنه يجب أن نكون منفتحي الذهن لفهم أفضل للعلم والدين في المستقبل. سيتطلب هذا منا تعديل نظرياتنا، لكن لا نتخليها. على سبيل المثال، في بداية القرن العشرين كانت الفيزياء حتمية في الغالب. لكن عندما بدأ العلماء دراسة ميكانيكا الكم أدركوا أن عدم الحتمية والصدفة تلعب دوراً في كوننا. الفيزياء الكلاسيكية وميكانيكا الكم صحيحتان وتعملان جيداً في مجالهما الخاص، وتستمران في التدريس للطلاب. وبالمثل، يعتقد Townes أن نمو الفهم الديني سيعدّل، لكن لن يجعلنا نتخلى عن معتقداتنا الدينية الكلاسيكية.

الموت

كان Townes نشطاً باستمرار في حرم جامعة Berkeley، حيث زار وعمل بانتظام في قسم الفيزياء أو في مختبر علوم الفضاء بعد تجاوزه عمر 99 سنة وقبل أشهر فقط من وفاته. بدأت صحة Townes بالتدهور، وتوفي عن عمر يناهز 99 سنة في Oakland، California، في الطريق إلى المستشفى في 27 يناير 2015، "كان أحد أهم الفيزيائيين التجريبيين في القرن الماضي،" قال Reinhard Genzel، أستاذ الفيزياء في Berkeley، عن Townes. "كانت قوته فضوله وتفاؤله الثابت، القائم على روحانيته المسيحية العميقة."