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令一個近百歲的諾貝爾獎得主打的上班的單位

作者：看得開於 2013-4-28 05:49 發表於最熱鬧的華人社交網路--貝殼村

作者分類:旅遊|通用分類:旅遊歸來|已有46評論

關鍵詞：諾貝爾獎, 湯斯

在花了兩小時欣賞完加州大學植物園(上文)的好山好水及奇花異草后，我乘學校提供的免費班車，直上了伯克利山頂上的太空科學研究實驗室，走進了世界尖端的科研實驗室，親身體驗了探索宇宙科學的奇妙。

美國加州大學伯克利分校太空科學研究實驗室（Space Science Laboratory， University of California at Berkeley）是不同於另一網友寫的勞倫斯-伯克利國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory) ，它建立於1958年，其主要研究方向包括與太空技術相結合的物理學、生命科學以及工程技術等，在宇宙探測領域也有著豐富的經驗。探空技術研究室、宇宙環境探測研究室等研究單元，每年只在新生錄取日向公眾敞開大門。

一下車，我們就受到了實驗室工作人員的熱烈歡迎，班車上大多數人便參加了實驗室步行團。導遊在大樓外介紹了太空實驗室的歷史、和美國國家航空航天局NASA經費來源、以及基本運作情況后，便帶我們入大樓內參觀一個大房間，我們認真聆聽了這科研實驗室參與了哈勃空間望遠鏡（Hubble Space Telescope）規劃設計及建造的過程，接著，我們經過這曾在1983和1991年上過太空的物體， 觀看了這個參與衛星科學實驗搖控操作中心，及宇宙化學實驗室。還看到了衛星運行時間表和儲存月球樣品室。

最後，我們停在這諾貝爾獎得主的辦公室前。門牌寫上查爾斯·哈德·湯斯名字. 導遊道湯斯先生現已有97歲高齡還繼續打的上班，分享了湯斯得諾貝爾的過程也是科學史上又一件帶浪漫色彩的故事:

查爾斯·哈德·湯斯(Charles Hard Townes) 湯斯生於1915年是一位律師的獨生子。1935年以優等成績畢業於故鄉的福曼Furman大學。他在杜克Duke大學獲得碩士學位，然後去西部深造，於1939年在加利福尼亞理工學院Caltech獲得博士學位。在第二次世界大戰期間以及戰後的幾年中，他在貝爾實驗室（Bell Laboratories）從事雷達投彈系統的設計工作。1948年他遂進入哥倫亞大學Columbia物理系。1950年起在那裡就任正教授。雷達技術涉及到微波的發射和接收，而微波是指頻譜介於紅外和無線電1951年的一個早晨，湯斯坐在華盛頓市一個公園的長凳上等待飯店開門，以便去進早餐。這時他突然想到，如果用分子，而不用電子線路，不是就可以得到波長足夠小的無線電波嗎？分子具有各種不同的振動形式，有些人發子的振動正好和微波波段範圍的輻射相同。問題是如何將這些振動轉變為輻射。就氨分子來說，在適當的條件下，它每秒振動24，000，000，000次，因此有可能發射波長為1.25厘米的微波。他設想通過熱或電的方法，把能量泵入氨分子中，使它們處於「激發「狀態。然後，再設想使這些受激的分子處於具有和氨分子的固有頻率相同的微波束中---這個微波束的能量可以是很微弱的。一個單獨的氨分子就會受到到這一微波束的作用，以同樣波長的數波形式放出它的能量，這一能量雙繼而作用於另一個氨分子，使它也放出能量。這個很微弱的入射微波束相當於起立腳點對一場雪崩的促發作用，最後就會產生一個很強的微波束。最初用來激發分子的能量就全部轉變為一種特殊的輻射。湯斯在公園的長凳上思考了所有這一切，並把一些要點紀錄在一隻用過的信封的反面。1953年12月，湯斯和他的學生終於製成了按上述原理工作的的一個裝置，產生了所需要的微波束。這個過程被稱為「受激輻射微波放大」。按其英文的首字母縮寫為 M.A.S.E.R，並由之造出了單「maser}（脈澤）（這樣的單詞稱為首字母縮寫詞，在技術語中越來越普遍使用）。脈澤有許多有趣的用途。氨分子的振動穩定而精確，用它那穩定精確的微波頻率，可用來測定時間。這樣，脈澤實際上就是一種「原子鐘」，它的精度遠高於以往所有的機械計時器。脈澤還可以用來向不同的方向發射微波束。如果以太存在的話，那末地球在以太中運動，於是頻率將隨方向而變化。1960年1月做了這個試驗，結果是波長沒有發生變化。這個實驗的精度是前無先例的，能測出小到10^-12的相對頻率偏差，這更確鑿地證實了七十多年前邁克耳孫-莫雷的實驗結果，這個實驗以及當時發現不久的穆斯堡爾效應，都證實了愛因斯坦的相對論理論。湯斯意識到，若用固體分子來替代氨分子，根據肖克利所建立的固體和新概念，用途更廣泛的裝置也能製成。在五十年代後期，湯斯和其他一些科學家確實製成了固體脈澤。這種脈澤在放大微波信號時所造成的隨機輻射（「雜訊」）比以往的任何放大方式都低得多，這意味著它對極微弱信號的放大遠比其它已知的方法更為有效。1960年，用這種方法放大了從皮爾斯的「回聲I號」衛星射到金星后又射回來的幾乎消失殆盡的微弱信號。1957年，湯斯開始思索設計一種能產生紅外或可見光---而不是微波---脈澤的可能性。他和他的姻弟在1958年發表了有關這方面的文章。1960年，梅曼首先製成了這樣的器件---用一根紅寶石棒產生間斷的紅光脈衝。這種光是相干的，也就是傳播時不會漫散開，幾乎始終保持成一窄束光。即使將這樣的光束射到二十多萬英里之外的月球上，光點也只擴展到一、二英里的範圍。它的能量耗損也很小，這樣，人們就自然想到向月球表面發射脈澤束，以繪製月面地形圖，這種方法遠比以往的望遠鏡有效得多。大量的能量聚集在和很窄的光束中，使它還能用於醫學（例如在某些眼科手術中）和化學分析，它能使物體的一小點汽化，從而進行光譜研究。這種光比以往產生的任何光具有更強的單色性。光束中的所有光都具有相同的波長，這意味著這種光束經調製后可用來傳送信息，和普通無線電通信中被調製的無線電載波幾乎一樣。由於光的頻率很高，在給定的頻帶上，它的信息容量遠大於頻率較低的無線電波，這就是用光作載波的優點。可見光脈澤稱為「光脈澤」或「萊塞」(laser)，它是來自「受激輻射光放大」英文全稱的首縮詞。萊塞又稱激光。為此，湯斯榮獲了1964年諾貝爾Nobel Prize物理學獎，同時獲獎的還有普科Basov和巴索夫Prokhorov，他們也獨立地完成了這方面的理論工作。*

參觀實驗室給我展現宇宙科學研究實驗室的方方面面，我獲益匪淺，步行團結束時團大多數人報以了熱烈的掌聲。在乘車下山時，我想大多數人都希望自己擁有一個清閑的晚年，不過對於他們這種諾貝爾獎得主類人來說繼續探索、發現，並以自己的成就造福世人的快樂要遠勝於獲得榮譽或拿工資所帶來的快樂。

後序: 美國加州大學伯克利分校曾培養有70名諾貝爾獎得主者，他們在校園內有專用停車位。