Charles H. Townes

Бобр сказал кролику, когда они смотрели на плотину Гувера: Нет, я её сам не строил, но она основана на моей идее

Charles Hard Townes был американским физиком. Townes работал над теорией и применением мазера, для которого он получил фундаментальный патент. Его другие работы в области квантовой электроники касались как мазерных, так и лазерных устройств. В 1964 году он разделил Нобелевскую премию по физике с Nikolay Basov и Alexander Prokhorov. Townes был советником правительства Соединённых Штатов и встречался со всеми президентами США от Harry Truman в 1945 году до Bill Clinton в 1999 году.

Он руководил комитетом консультантов США по науке и технологиям для программы лунной посадки Apollo. После того как он стал профессором Калифорнийского университета в Berkeley в 1967 году, он начал астрофизическую программу, которая привела к нескольким важным открытиям, например, обнаружению чёрной дыры в центре галактики Млечный Путь.

Townes был верующим человеком и считал, что наука и религия сходятся, обеспечивая более глубокое понимание природы и цели вселенной.

Ранняя жизнь

Немецкого, шотландского, английского, валлийского, французского гугенотского и шотландско-ирландского происхождения, Townes родился в Greenville, South Carolina, сын Henry Keith Townes (1876–1958), адвоката, и Ellen Sumter Townes (урождённая Hard; 1881–1980). Он получил степень бакалавра по физике и бакалавра по современным языкам в Furman University, где закончил учёбу в 1935 году. Townes закончил магистратуру по физике в Duke University в 1937 году, а затем поступил в аспирантуру California Institute of Technology, где получил степень доктора философии в 1939 году. Во время Второй мировой войны он работал над системами радарной бомбардировки в Bell Labs.

Карьера и исследования

В 1950 году Townes был назначен профессором Columbia University. Он служил исполнительным директором Columbia Radiation Laboratory с 1950 по 1952 год. Он был председателем физического факультета с 1952 по 1955 год.

В 1951 году Townes придумал новый способ создания интенсивных точных пучков когерентного излучения, для которого он изобрёл аббревиатуру мазер (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Когда тот же принцип был применён к более высоким частотам, был использован термин лазер, в котором слово «light» заменило слово «microwave».

В 1953 году Townes, James P. Gordon и Herbert J. Zeiger построили первый аммиачный мазер в Columbia University. Это устройство использовало вынужденное излучение в потоке возбуждённых молекул аммиака для усиления микроволн на частоте около 24,0 гигагерца.

С 1959 по 1961 год он был в отпуске от Columbia University, работая вице-президентом и директором исследований Institute for Defense Analyses в Washington, D.C., некоммерческой организации, которая консультировала правительство США и управлялась одиннадцатью университетами. С 1961 по 1967 год Townes работал одновременно провостом и профессором физики в Massachusetts Institute of Technology. Затем в 1967 году он был назначен профессором физики в Калифорнийском университете в Berkeley, где он оставался почти 50 лет; его статус был профессора эмерита к моменту его смерти в 2015 году. С 1966 по 1970 год он был председателем комитета научных консультантов NASA для программы лунной посадки Apollo.

За создание мазера Townes вместе с Nikolay Basov и Alexander Prokhorov получил Нобелевскую премию по физике в 1964 году. Townes также разработал использование мазеров и лазеров в астрономии, участвовал в команде, которая первой открыла сложные молекулы в космосе, и определил массу сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики Млечный Путь.

В 2002–2003 годах Townes служил Karl Schwarzschild Lecturer в Германии и Birla Lecturer и Schroedinger Lecturer в Индии.

Townes является одним из 20 американских лауреатов Нобелевской премии по физике, подписавших письмо, адресованное президенту George W. Bush в мае 2008 года, призывающее его «обратить вспять ущерб, нанесённый исследованиям фундаментальной науки в Всеобъемлющем законе об ассигнованиях на финансовый год 2008», требуя дополнительного экстренного финансирования для Office of Science Министерства энергетики, National Science Foundation и National Institute of Standards and Technology.

Астрофизика

Центр галактики

Центр Млечного Пути долгое время озадачивал астрономов, и плотная пыль затемняет его вид в видимом свете. В середине — конце 1970-х годов Townes вместе с Eric Wollman, John Lacy, Thomas Geballe и Fred Baas изучали Sagittarius A, область HII в галактическом центре, в инфракрасных длинах волн. Они наблюдали ионизированный газ неона, закручивающийся вокруг центра с такими скоростями, что масса в самом центре должна быть примерно равна массе 3 миллионов солнц. Такая большая масса в таком малом пространстве подразумевала, что центральный объект радиоисточник Sagittarius A* содержит сверхмассивную чёрную дыру. Sagittarius A* была одной из первых обнаруженных чёрных дыр; впоследствии её масса была более точно определена как 4,3 миллиона солнечных масс.

Формы и размеры звёзд

Последним крупным технологическим творением Townes был Infrared Spatial Interferometer, созданный вместе с Walt Fitelson, Ed Wishnow и другими. Проект объединил три мобильных инфракрасных детектора, выровненных лазерами, которые изучают одну и ту же звезду. Если каждый телескоп находится на расстоянии 10 метров друг от друга, это создаёт впечатление 30-метрового объектива. Наблюдения Betelgeuse, красного гиганта на плече созвездия Orion, обнаружили, что он увеличивается и уменьшается в размере со скоростью 1% в год, 15% за 15 лет. ISI обеспечивает чрезвычайно высокое угловое и пространственное разрешение. Эта технология также играет важную роль в поиске внеземной жизни в сотрудничестве с Dan Werthimer из Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI).

Личная жизнь и наследие

Townes женился на Frances H. Brown, активистке в защиту бездомных, в 1941 году. Они жили в Berkeley, California и имели четырёх дочерей: Linda Rosenwein, Ellen Anderson, Carla Kessler и Holly Townes.

Верующий человек и член United Church of Christ, Townes считал, что «наука и религия совершенно параллельны, намного более похожи, чем думает большинство людей, и что в конечном итоге они должны сойтись». Он написал в заявлении после получения премии Templeton в 2005 году: «Наука пытается понять, на что похожа наша вселенная и как она работает, включая нас, людей. Религия направлена на понимание цели и смысла нашей вселенной, включая наши собственные жизни. Если вселенная имеет цель или смысл, это должно быть отражено в её структуре и функционировании, а следовательно, в науке».

Наука и религия

Взгляды Townes на науку и религию были изложены в его эссе «The Convergence of Science and Religion», «Logic and Uncertainties in Science and Religion» и его книге Making Waves. Townes считал, что красота природы является «очевидно Божьим творением» и что Бог создал вселенную для появления и процветания человечества. 

Он молился каждый день и в конечном итоге считал, что религия более важна, чем наука, потому что она обращается к наиболее важному долгосрочному вопросу: смыслу и цели нашей жизни. Вера Townes в сходимость науки и религии основана на предполагаемых сходствах:

1. Вера. Townes утверждал, что учёный имеет веру, подобно верующему человеку, что позволяет ему/ей работать в течение лет ради неопределённого результата.
2. Откровение. Townes утверждал, что многие важные научные открытия, такие как его изобретение мазера/лазера, произошли как «вспышка», намного более похожая на религиозное откровение, чем на интерпретацию данных.
3. Доказательство. В этом столетии математик Godel открыл, что не может быть абсолютного доказательства в научном смысле. Каждое доказательство требует набора предположений, и нет способа проверить, являются ли эти предположения взаимно непротиворечивыми, потому что потребовались бы другие предположения.
4. Неопределённость. Townes считал, что мы должны быть открыты для лучшего понимания науки и религии в будущем. Это потребует от нас изменить наши теории, но не отказаться от них. Например, в начале XX века физика была в основном детерминистической. Но когда учёные начали изучать квантовую механику, они осознали, что индетерминизм и случайность играют роль в нашей вселенной. Как классическая физика, так и квантовая механика верны и хорошо работают в своей области, и продолжают преподаваться студентам. Аналогично, Townes верит, что рост религиозного понимания будет изменять, но не заставлять нас отказаться от, наших классических религиозных убеждений.

Смерть

Townes был постоянно активен на кампусе UCB, посещая и регулярно работая в физическом факультете или в Space Sciences Laboratory даже после своего 99-летия и всего несколько месяцев до своей смерти. Здоровье Townes начало ухудшаться, и он умер в возрасте 99 лет в Oakland, California, по дороге в больницу 27 января 2015 года. «Он был одним из самых важных экспериментальных физиков последнего столетия», — сказал о Townes Reinhard Genzel, профессор физики в Berkeley. «Его сила была его любознательность и его непоколебимый оптимизм, основанные на его глубокой христианской духовности».