Charles H. Townes

Il castoro disse al coniglio mentre fissavano la Diga Hoover: No, non l'ho costruita da solo, ma si basa su un'idea mia

Charles Hard Townes era un fisico americano. Townes ha lavorato sulla teoria e l'applicazione del maser, per il quale ha ottenuto il brevetto fondamentale. Il suo altro lavoro nell'elettronica quantistica ha affrontato sia dispositivi maser che laser. Nel 1964 ha condiviso il Premio Nobel per la Fisica con Nikolay Basov e Alexander Prokhorov. Townes è stato un consulente del governo degli Stati Uniti e ha incontrato ogni presidente americano da Harry Truman nel 1945 a Bill Clinton nel 1999.

Ha diretto il Comitato Consultivo per la Scienza e la Tecnologia del governo degli Stati Uniti per il programma di allunaggio Apollo. Dopo essere diventato professore dell'Università della California a Berkeley nel 1967, ha avviato un programma astrofisico che ha prodotto diverse importanti scoperte, ad esempio, il buco nero al centro della galassia Via Lattea.

Townes era religioso e credeva che la scienza e la religione stessero convergendo per fornire una maggiore comprensione della natura e dello scopo dell'universo.

Prima infanzia

Di etnia tedesca e con una grande quantità di ascendenza etnica scozzese, inglese, gallese, francese ugonotta e scozzese-irlandese, Townes nacque a Greenville, nella Carolina del Sud, figlio di Henry Keith Townes 1876–1958, un avvocato, e Ellen Sumter Townes nata Hard; 1881–1980. Ha ottenuto la laurea in Fisica e la laurea in Lingue Moderne presso la Furman University, dove si è laureato nel 1935. Townes ha completato il lavoro per il Master in Fisica presso la Duke University nel 1937, e poi ha iniziato gli studi per il dottorato presso il California Institute of Technology, dal quale ha ricevuto un dottorato nel 1939. Durante la Seconda Guerra Mondiale, ha lavorato su sistemi di bombardamento radar presso i Bell Labs.

Carriera e ricerca

Nel 1950, Townes è stato nominato Professore presso la Columbia University. Ha servito come Direttore Esecutivo del Columbia Radiation Laboratory dal 1950 al 1952. È stato Presidente del Dipartimento di Fisica dal 1952 al 1955.

Nel 1951, Townes ha concepito un nuovo modo per creare fasci intensi e precisi di radiazione coerente, per il quale ha inventato l'acronimo maser per Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Quando lo stesso principio è stato applicato a frequenze più alte, è stato utilizzato il termine laser con la parola "luce" che sostituisce la parola "microonde".

Durante il 1953, Townes, James P. Gordon e Herbert J. Zeiger hanno costruito il primo maser ad ammoniaca presso la Columbia University. Questo dispositivo ha utilizzato l'emissione stimolata in un flusso di molecole di ammoniaca energizzate per produrre l'amplificazione delle microonde a una frequenza di circa 24,0 gigahertz.

Dal 1959 al 1961, è stato in congedo dalla Columbia University per servire come Vice Presidente e Direttore della Ricerca dell'Institute for Defense Analyses a Washington, D.C., un'organizzazione no-profit, che ha consigliato il governo degli Stati Uniti e era gestita da undici università. Tra il 1961 e il 1967, Townes ha servito sia come Provost che come Professore di Fisica presso il Massachusetts Institute of Technology. Quindi, nel 1967, è stato nominato Professore di Fisica presso l'Università della California a Berkeley, dove è rimasto per quasi 50 anni; il suo status era di professore emerito al momento della sua morte nel 2015. Tra il 1966 e il 1970, è stato presidente del Comitato Consultivo Scientifico della NASA per il programma di allunaggio Apollo.

Per la creazione del maser, Townes insieme a Nikolay Basov e Alexander Prokhorov ha ricevuto il Premio Nobel per la Fisica del 1964. Townes ha anche sviluppato l'uso di maser e laser per l'astronomia, ha fatto parte di un team che ha scoperto per primo molecole complesse nello spazio e ha determinato la massa del buco nero supermassiccio al centro della galassia Via Lattea.

Durante 2002–2003, Townes ha servito come Karl Schwarzschild Lecturer in Germania e come Birla Lecturer e Schroedinger Lecturer in India.

Townes è uno dei 20 ricevitori americani del Premio Nobel per la Fisica che hanno firmato una lettera indirizzata al Presidente George W. Bush nel maggio 2008, esortandolo a "invertire i danni causati alla ricerca scientifica di base nel Fiscal Year 2008 Omnibus Appropriations Bill" richiedendo finanziamenti di emergenza aggiuntivi per l'Office of Science del Department of Energy, la National Science Foundation e il National Institute of Standards and Technology.

Astrofisica

Centro galattico

Il centro della Via Lattea aveva a lungo confuso gli astronomi, e la polvere spessa oscura la vista in luce visibile. Durante la metà e fine degli anni '70, Townes insieme a Eric Wollman, John Lacy, Thomas Geballe e Fred Baas ha studiato Sagittarius A, la regione H II al centro galattico, a lunghezze d'onda infrarosse. Hanno osservato gas neon ionizzato che vorticava attorno al centro a velocità tali che la massa al centro deve essere approssimativamente uguale a quella di 3 milioni di soli. Una massa così grande in uno spazio così piccolo implica che l'oggetto centrale, la sorgente radio Sagittarius A*, contiene un buco nero supermassiccio. Sagittarius A* era uno dei primi buchi neri rilevati; successivamente la sua massa è stata determinata più accuratamente come 4,3 milioni di masse solari.

Forme e dimensioni delle stelle

L'ultima grande creazione tecnologica di Townes è stato l'Infrared Spatial Interferometer con Walt Fitelson, Ed Wishnow e altri. Il progetto ha combinato tre rivelatori infrarossi mobili allineati da laser che studiano la stessa stella. Se ogni telescopio si trova a 10 metri dall'altro, crea l'impressione di una lente di 30 metri. Le osservazioni di Betelgeuse, un gigante rosso sulla spalla della costellazione di Orione, hanno rilevato che sta aumentando e diminuendo di dimensioni al ritmo dell'1% all'anno, del 15% in 15 anni. ISI produce una risoluzione angolare e spaziale estremamente elevata. La tecnologia sta anche giocando un ruolo importante nella ricerca della vita extraterrestre in collaborazioni con Dan Werthimer di Search for Extraterrestrial Intelligence SETI.

Vita personale e eredità

Townes ha sposato Frances H. Brown, un'attivista per i senzatetto, nel 1941. Hanno vissuto a Berkeley, in California e hanno avuto quattro figlie, Linda Rosenwein, Ellen Anderson, Carla Kessler e Holly Townes.

Un uomo religioso e membro della United Church of Christ, Townes credeva che "la scienza e la religione siano abbastanza parallele, molto più simili di quanto la maggior parte delle persone pensi e che a lungo termine, devono convergere". Ha scritto in una dichiarazione dopo aver vinto il Templeton Prize nel 2005: "La scienza tenta di comprendere come è il nostro universo e come funziona, inclusi noi umani. La religione mira a comprendere lo scopo e il significato del nostro universo, incluse le nostre vite. Se l'universo ha uno scopo o un significato, questo deve riflettersi nella sua struttura e nel suo funzionamento, e quindi nella scienza."

Scienza e religione

Le opinioni di Townes sulla scienza e la religione sono state esposte nei suoi saggi "The Convergence of Science and Religion", "Logic and Uncertainties in Science and Religion" e nel suo libro Making Waves. Townes sentiva che la bellezza della natura è "ovviamente fatta da Dio" e che Dio ha creato l'universo affinché gli umani emergessero e prosperassero. 

Pregava ogni giorno e alla fine sentiva che la religione è più importante della scienza perché affronta la domanda più importante a lungo termine: il significato e lo scopo delle nostre vite. La convinzione di Townes nella convergenza della scienza e della religione si basa su somiglianze affermato:

1. Fede. Townes ha sostenuto che lo scienziato ha fede proprio come una persona religiosa, permettendogli/le di lavorare per anni per un risultato incerto.
2. Rivelazione. Townes ha affermato che molte importanti scoperte scientifiche, come la sua invenzione del maser/laser, si sono verificate come una "lampo" molto più simile alla rivelazione religiosa rispetto all'interpretazione dei dati.
3. Prova. Durante questo secolo il matematico Godel ha scoperto che non può esserci alcuna prova assoluta nel senso scientifico. Ogni prova richiede un insieme di ipotesi, e non c'è modo di controllare se queste ipotesi sono coerenti perché sarebbero necessarie altre ipotesi.
4. Incertezza. Townes credeva che dovremmo essere aperti mentalmente a una migliore comprensione della scienza e della religione in futuro. Questo richiederà di modificare le nostre teorie, ma non di abbandonarle. Ad esempio, all'inizio del XX secolo la fisica era largamente deterministica. Ma quando gli scienziati hanno iniziato a studiare la meccanica quantistica, si sono resi conto che l'indeterminismo e il caso giocano un ruolo nel nostro universo. Sia la fisica classica che la meccanica quantistica sono corrette e funzionano bene nel loro ambito e continuano ad essere insegnate agli studenti. Allo stesso modo, Townes crede che la crescita della comprensione religiosa modificherà, ma non ci farà abbandonare, le nostre convinzioni religiose classiche.

Morte

Townes è stato costantemente attivo presso il campus UCB, visitando e lavorando regolarmente nel dipartimento di fisica o presso il Space Sciences Laboratory dopo il suo 99° compleanno e solo pochi mesi prima della sua morte. La salute di Townes ha iniziato a declinare, e è morto all'età di 99 anni a Oakland, in California, mentre era in viaggio verso l'ospedale il 27 gennaio 2015, "Era uno dei più importanti fisici sperimentali dell'ultimo secolo," ha detto Reinhard Genzel, professore di fisica a Berkeley, di Townes. "La sua forza era la sua curiosità e il suo ottimismo incrollabile, basato sulla sua profonda spiritualità cristiana."