Charles H. Townes

Le castor dit au lapin alors qu'ils regardaient le barrage Hoover : Non, je ne l'ai pas construit moi-même, mais il est basé sur une idée de ma part

Charles Hard Townes était un physicien américain. Townes a travaillé sur la théorie et l'application du maser, pour lequel il a obtenu le brevet fondamental. Son autre travail en électronique quantique portait à la fois sur les dispositifs maser et laser. En 1964, il a partagé le prix Nobel de physique avec Nikolay Basov et Alexander Prokhorov. Townes était conseiller du gouvernement des États-Unis et a rencontré tous les présidents américains de Harry Truman en 1945 à Bill Clinton en 1999.

Il a dirigé le Comité consultatif en science et technologie du gouvernement américain pour le programme d'alunissage Apollo. Après être devenu professeur à l'Université de Californie à Berkeley en 1967, il a lancé un programme d'astrophysique qui a produit plusieurs découvertes importantes, par exemple, le trou noir au centre de la galaxie de la Voie lactée.

Townes était religieux et croyait que la science et la religion convergent pour fournir une meilleure compréhension de la nature et du but de l'univers.

Première vie

D'origine ethnique allemande ainsi que d'une grande partie d'origine écossaise, anglaise, galloise, française huguenote et écossaise-irlandaise, Townes est né à Greenville, en Caroline du Sud, fils de Henry Keith Townes 1876–1958, avocat, et Ellen Sumter Townes née Hard ; 1881–1980. Il a obtenu son B.S. en physique et B.A. en langues modernes à l'Université Furman, où il a obtenu son diplôme en 1935. Townes a terminé ses études pour le diplôme de Master of Arts en physique à l'Université Duke en 1937, puis a commencé ses études supérieures au California Institute of Technology, d'où il a reçu un diplôme de doctorat en 1939. Pendant la Seconde Guerre mondiale, il a travaillé sur des systèmes de bombardement radar aux Bell Labs.

Carrière et recherche

En 1950, Townes a été nommé professeur à l'Université Columbia. Il a servi en tant que directeur exécutif du Columbia Radiation Laboratory de 1950 à 1952. Il a été président du département de physique de 1952 à 1955.

En 1951, Townes a conçu une nouvelle façon de créer des faisceaux intenses et précis de rayonnement cohérent, pour laquelle il a inventé l'acronyme maser pour Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Lorsque le même principe a été appliqué à des fréquences plus élevées, le terme laser a été utilisé, le mot « lumière » substituant le mot « micro-ondes ».

En 1953, Townes, James P. Gordon et Herbert J. Zeiger ont construit le premier maser à ammoniac à l'Université Columbia. Cet appareil utilisait l'émission stimulée dans un flux de molécules d'ammoniac énergisées pour produire une amplification des micro-ondes à une fréquence d'environ 24,0 gigahertz.

De 1959 à 1961, il était en congé de l'Université Columbia pour servir comme vice-président et directeur de la recherche de l'Institute for Defense Analyses à Washington, D.C., une organisation à but non lucratif, qui conseillait le gouvernement américain et était exploitée par onze universités. Entre 1961 et 1967, Townes a servi à la fois comme doyen et professeur de physique au Massachusetts Institute of Technology. Puis, en 1967, il a été nommé professeur de physique à l'Université de Californie à Berkeley, où il est resté pendant près de 50 ans ; son statut était celui de professeur émérite au moment de sa mort en 2015. Entre 1966 et 1970, il a été président du Comité consultatif en science de la NASA pour le programme d'alunissage Apollo.

Pour sa création du maser, Townes avec Nikolay Basov et Alexander Prokhorov a reçu le prix Nobel de physique en 1964. Townes a également développé l'utilisation de masers et de lasers pour l'astronomie, a fait partie d'une équipe qui a découvert pour la première fois des molécules complexes dans l'espace, et a déterminé la masse du trou noir supermassif au centre de la galaxie de la Voie lactée.

De 2002 à 2003, Townes a servi en tant que Karl Schwarzschild Lecturer en Allemagne et Birla Lecturer et Schroedinger Lecturer en Inde.

Townes est l'un des 20 lauréats américains du prix Nobel de physique à avoir signé une lettre adressée au président George W. Bush en mai 2008, l'exhortant à « inverser les dégâts causés à la recherche scientifique fondamentale dans le projet de loi omnibus des crédits de l'exercice 2008 » en demandant un financement d'urgence supplémentaire pour le Bureau des sciences du département de l'énergie, la National Science Foundation et l'Institut national des normes et de la technologie.

Astrophysique

Centre galactique

Le centre de la Voie lactée avait longtemps intrigué les astronomes, et une épaisse poussière obscurcit la vue en lumière visible. Du milieu à la fin des années 1970, Townes avec Eric Wollman, John Lacy, Thomas Geballe et Fred Baas ont étudié Sagittarius A, la région H II au centre galactique, aux longueurs d'onde infrarouges. Ils ont observé du gaz néon ionisé tourbillonnant autour du centre à des vitesses telles que la masse au centre très doit être approximativement égale à celle de 3 millions de soleils. Une telle masse dans un si petit espace impliquait que l'objet central la source radio Sagittarius A* contient un trou noir supermassif. Sagittarius A* était l'un des premiers trous noirs détectés ; par la suite, sa masse a été déterminée plus précisément être de 4,3 millions de masses solaires.

Formes et tailles des étoiles

La dernière création technologique majeure de Townes était l'interféromètre spatial infrarouge avec Walt Fitelson, Ed Wishnow et d'autres. Le projet a combiné trois détecteurs infrarouges mobiles alignés par des lasers qui étudient la même étoile. Si chaque télescope est à 10 mètres l'un de l'autre, cela crée l'impression d'une lentille de 30 mètres. Les observations de Bételgeuse, une géante rouge à l'épaule de la constellation d'Orion, ont révélé qu'elle augmente et diminue en taille au taux de 1% par an, 15% sur 15 ans. ISI produit une résolution angulaire et spatiale extrêmement élevée. La technologie joue également un rôle important dans la recherche de la vie extraterrestre en collaboration avec Dan Werthimer du Search for Extraterrestrial Intelligence SETI.

Vie personnelle et héritage

Townes a épousé Frances H. Brown, une activiste pour les sans-abri, en 1941. Ils ont vécu à Berkeley, en Californie et avaient quatre filles, Linda Rosenwein, Ellen Anderson, Carla Kessler et Holly Townes.

Un homme religieux et membre de l'Église unie du Christ, Townes croyait que « la science et la religion sont tout à fait parallèles, beaucoup plus similaires que la plupart des gens ne le pensent et qu'à long terme, elles doivent converger ». Il a écrit dans une déclaration après avoir remporté le Templeton Prize en 2005 : « La science essaie de comprendre ce qu'est notre univers et comment il fonctionne, y compris nous les humains. La religion vise à comprendre le but et la signification de notre univers, y compris nos propres vies. Si l'univers a un but ou une signification, cela doit se refléter dans sa structure et son fonctionnement, et donc dans la science. »

Science et religion

Les opinions de Townes concernant la science et la religion ont été exprimées dans ses essais « The Convergence of Science and Religion », « Logic and Uncertainties in Science and Religion » et son livre Making Waves. Townes pensait que la beauté de la nature est « évidemment faite par Dieu » et que Dieu a créé l'univers pour que les humains émergent et prospèrent. 

Il priait chaque jour et a finalement senti que la religion est plus importante que la science car elle aborde la question la plus importante à long terme : le sens et le but de nos vies. La croyance de Townes dans la convergence de la science et de la religion est basée sur des similitudes revendiquées :

1. Foi. Townes a soutenu que le scientifique a la foi tout comme une personne religieuse, lui permettant de travailler pendant des années pour un résultat incertain.
2. Révélation. Townes a affirmé que de nombreuses découvertes scientifiques importantes, comme son invention du maser/laser, se sont produites comme un « éclair » beaucoup plus proche de la révélation religieuse que de l'interprétation des données.
3. Preuve. Au cours de ce siècle, le mathématicien Godel a découvert qu'il ne peut y avoir de preuve absolue au sens scientifique. Chaque preuve nécessite un ensemble d'hypothèses, et il n'y a aucun moyen de vérifier si ces hypothèses sont auto-cohérentes car d'autres hypothèses seraient nécessaires.
4. Incertitude. Townes croyait que nous devrions être ouverts d'esprit à une meilleure compréhension de la science et de la religion à l'avenir. Cela nécessitera que nous modifiions nos théories, mais pas que nous les abandonnions. Par exemple, au début du 20e siècle, la physique était largement déterministe. Mais quand les scientifiques ont commencé à étudier la mécanique quantique, ils ont réalisé que l'indéterminisme et le hasard jouent un rôle dans notre univers. La physique classique et la mécanique quantique sont toutes deux correctes et fonctionnent bien dans leur propre domaine, et continuent d'être enseignées aux étudiants. De même, Townes croit que la croissance de la compréhension religieuse modifiera, mais ne nous fera pas abandonner, nos croyances religieuses classiques.

Décès

Townes avait régulièrement été actif au campus UCB, visitant et travaillant régulièrement au département de physique ou au Space Sciences Laboratory passé son 99e anniversaire et seulement quelques mois avant sa mort. La santé de Townes a commencé à décliner, et il est décédé à l'âge de 99 ans à Oakland, en Californie, en route vers l'hôpital le 27 janvier 2015, « Il était l'un des physiciens expérimentaux les plus importants du siècle dernier », a déclaré Reinhard Genzel, professeur de physique à Berkeley, à propos de Townes. « Sa force était sa curiosité et son optimisme inébranlable, fondés sur sa profonde spiritualité chrétienne. »