Charles H. Townes

Der Biber sagte zum Kaninchen, als sie auf den Hoover Dam starrten: Nein, ich habe ihn nicht selbst gebaut, aber er basiert auf einer Idee von mir

Charles Hard Townes war ein amerikanischer Physiker. Townes arbeitete an der Theorie und Anwendung des Masers, für den er das Grundlagenpatent erhielt. Seine weitere Arbeit in der Quantenelektronik befasste sich sowohl mit Maser- als auch mit Lasergeräten. 1964 teilte er sich den Nobelpreis für Physik mit Nikolay Basov und Alexander Prokhorov. Townes war ein Berater der Vereinigten Staaten und traf jeden US-Präsidenten von Harry Truman 1945 bis Bill Clinton 1999.

Er leitete den US-amerikanischen Wissenschafts- und Technologie-Beirat für das Apollo-Mondlandungsprogramm. Nachdem er 1967 Professor an der University of California at Berkeley wurde, initiierte er ein astrophysikalisches Programm, das mehrere wichtige Entdeckungen hervorbrachte, beispielsweise das schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße.

Townes war religiös und glaubte, dass Wissenschaft und Religion konvergieren, um ein besseres Verständnis der Natur und des Zwecks des Universums zu bieten.

Frühes Leben

Von deutscher sowie großer schottischer, englischer, walisischer, hugenottisch-französischer und schottisch-irischer Herkunft wurde Townes in Greenville, South Carolina, geboren, Sohn von Henry Keith Townes 1876–1958, einem Anwalt, und Ellen Sumter Townes geb. Hard; 1881–1980. Er erwarb seinen B.S. in Physik und B.A. in Modernen Sprachen an der Furman University, wo er 1935 seinen Abschluss machte. Townes absolvierte 1937 sein Master of Arts Studium in Physik an der Duke University und begann dann sein Promotionsstudium am California Institute of Technology, von dem er 1939 seinen Ph.D. erhielt. Während des Zweiten Weltkriegs arbeitete er an Radarentfernungszündern bei Bell Labs.

Karriere und Forschung

1950 wurde Townes zum Professor an der Columbia University ernannt. Er war von 1950 bis 1952 Executive Director des Columbia Radiation Laboratory. Er war von 1952 bis 1955 Vorsitzender der Physik-Abteilung.

1951 konzipierte Townes eine neue Methode zur Erzeugung intensiver, präziser Strahlen kohärenter Strahlung, für die er das Akronym Maser für Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation erfand. Wenn das gleiche Prinzip auf höhere Frequenzen angewendet wurde, verwendete man den Begriff Laser, wobei das Wort „Licht" das Wort „Mikrowelle" ersetzte.

1953 bauten Townes, James P. Gordon und Herbert J. Zeiger den ersten Ammoninakmaser an der Columbia University. Dieses Gerät nutzte stimulierte Emission in einem Strom von energetisierten Ammoninakmolekülen, um eine Verstärkung von Mikrowellen bei einer Frequenz von etwa 24,0 Gigahertz zu erzielen.

Von 1959 bis 1961 war er beurlaubt von der Columbia University, um als Vizepräsident und Forschungsdirektor des Institute for Defense Analyses in Washington, D.C., einer gemeinnützigen Organisation, die die US-Regierung beriet und von elf Universitäten betrieben wurde, zu dienen. Zwischen 1961 und 1967 war Townes sowohl Provost als auch Professor für Physik am Massachusetts Institute of Technology. Dann wurde er 1967 zum Professor für Physik an der University of California at Berkeley ernannt, wo er fast 50 Jahre lang blieb; sein Status war zum Zeitpunkt seines Todes 2015 emeritierter Professor. Zwischen 1966 und 1970 war er Vorsitzender des NASA Science Advisory Committee für das Apollo-Mondlandungsprogramm.

Für seine Erfindung des Masers erhielten Townes, Nikolay Basov und Alexander Prokhorov 1964 den Nobelpreis für Physik. Townes entwickelte auch die Verwendung von Masern und Lasern für die Astronomie, war Teil eines Teams, das zuerst komplexe Moleküle im Weltraum entdeckte, und bestimmte die Masse des supermassiven schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße.

Von 2002–2003 war Townes Karl Schwarzschild-Gastdozent in Deutschland und Birla-Gastdozent und Schrödinger-Gastdozent in Indien.

Townes ist einer der 20 amerikanischen Nobelpreisträger für Physik, die einen Brief unterzeichnet haben, der sich an Präsident George W. Bush im Mai 2008 richtete und ihn aufforderte, „den Schaden rückgängig zu machen, der der Grundlagenforschung im Omnibus-Antragsgesetz für das Haushaltsjahr 2008 zugefügt wurde", indem zusätzliche Notfallmittel für das Büro für Wissenschaft des Energieministeriums, die National Science Foundation und das National Institute of Standards and Technology angefordert werden.

Astrophysik

Galaktisches Zentrum

Das Zentrum der Milchstraße hatte Astronomen lange verwirrt, und dichter Staub verdeckt die Sicht darauf in sichtbarem Licht. Mitte bis Ende der 1970er Jahre untersuchten Townes zusammen mit Eric Wollman, John Lacy, Thomas Geballe und Fred Baas Sagittarius A, die H-II-Region im galaktischen Zentrum, im Infrarotbereich. Sie beobachteten ionisiertes Neongas, das um das Zentrum mit solchen Geschwindigkeiten wirbelt, dass die Masse im Zentrum ungefähr gleich der von 3 Millionen Sonnen sein muss. Eine so große Masse in einem so kleinen Raum deutete darauf hin, dass das zentrale Objekt die Radioquelle Sagittarius A* ein supermassives schwarzes Loch enthält. Sagittarius A* war eines der ersten entdeckten schwarzen Löcher; anschließend wurde seine Masse genauer auf 4,3 Millionen Sonnenmassen bestimmt.

Formen und Größen von Sternen

Townes' letzte große technologische Kreation war der Infrared Spatial Interferometer mit Walt Fitelson, Ed Wishnow und anderen. Das Projekt kombinierte drei mobile Infrarot-Detektoren, die mit Lasern ausgerichtet waren und denselben Stern untersuchten. Wenn jedes Teleskop 10 Meter vom anderen entfernt ist, entsteht der Eindruck einer 30-Meter-Linse. Beobachtungen von Betelgeuse, einem roten Riesen in der Schulter des Sternbildes Orion, zeigten, dass es mit einer Rate von 1% pro Jahr zunimmt und abnimmt, 15% über 15 Jahre. ISI erzeugt eine extrem hohe Winkel- und räumliche Auflösung. Die Technologie spielt auch eine wichtige Rolle bei der Suche nach außerirdischem Leben in Zusammenarbeit mit Dan Werthimer von Search for Extraterrestrial Intelligence SETI.

Privatleben und Vermächtnis

Townes heiratete 1941 Frances H. Brown, eine Aktivistin für Obdachlose. Sie lebten in Berkeley, Kalifornien und hatten vier Töchter, Linda Rosenwein, Ellen Anderson, Carla Kessler und Holly Townes.

Ein religiöser Mann und Mitglied der United Church of Christ, glaubte Townes, dass „Wissenschaft und Religion sich ziemlich ähneln, viel ähnlicher als die meisten Menschen denken und dass sie langfristig konvergieren müssen". Er schrieb in einer Stellungnahme nach dem Gewinn des Templeton-Preises im Jahr 2005: „Wissenschaft versucht zu verstehen, wie unser Universum beschaffen ist und wie es funktioniert, einschließlich uns Menschen. Religion versucht den Zweck und die Bedeutung unseres Universums zu verstehen, einschließlich unserer eigenen Leben. Wenn das Universum einen Zweck oder eine Bedeutung hat, muss dies in seiner Struktur und Funktionsweise und daher in der Wissenschaft widergespiegelt werden."

Wissenschaft und Religion

Townes' Ansichten zu Wissenschaft und Religion wurden in seinen Essays „The Convergence of Science and Religion", „Logic and Uncertainties in Science and Religion" und seinem Buch Making Waves dargelegt. Townes war der Ansicht, dass die Schönheit der Natur „offensichtlich von Gott gemacht" ist und dass Gott das Universum für Menschen erschaffen hat, um zu entstehen und zu gedeihen. 

Er betete jeden Tag und war letztendlich der Ansicht, dass Religion wichtiger ist als Wissenschaft, da sie die wichtigsten langfristigen Fragen behandelt: die Bedeutung und den Zweck unseres Lebens. Townes' Glaube an die Konvergenz von Wissenschaft und Religion basiert auf behaupteten Ähnlichkeiten:

1. Glaube. Townes argumentierte, dass der Wissenschaftler einen Glauben hat, ähnlich wie eine religiöse Person, der es ihm/ihr ermöglicht, Jahre lang auf ein unsicheres Ergebnis hinzuarbeiten.
2. Offenbarung. Townes behauptete, dass viele wichtige wissenschaftliche Entdeckungen, wie seine Erfindung des Masers/Lasers, als „Blitz" auftraten, der viel näher an religiöser Offenbarung ist als die Interpretation von Daten.
3. Beweis. Im Laufe dieses Jahrhunderts entdeckte der Mathematiker Gödel, dass es in einem wissenschaftlichen Sinne keinen absoluten Beweis geben kann. Jeder Beweis erfordert einen Satz von Annahmen, und es gibt keine Möglichkeit, zu überprüfen, ob diese Annahmen in sich konsistent sind, da andere Annahmen erforderlich wären.
4. Unsicherheit. Townes glaubte, dass wir offen für ein besseres Verständnis von Wissenschaft und Religion in der Zukunft sein sollten. Dies wird erfordern, dass wir unsere Theorien ändern, aber nicht aufgeben. Zum Beispiel war die Physik zu Beginn des 20. Jahrhunderts weitgehend deterministisch. Aber als Wissenschaftler begannen, die Quantenmechanik zu studieren, realisierten sie, dass Indeterminismus und Zufall eine Rolle in unserem Universum spielen. Sowohl die klassische Physik als auch die Quantenmechanik sind korrekt und funktionieren gut in ihren eigenen Bereichen und werden weiterhin an Studenten gelehrt. In ähnlicher Weise glaubt Townes, dass das Wachstum des religiösen Verständnisses unsere klassischen religiösen Überzeugungen verändern wird, aber uns nicht dazu veranlasst, sie aufzugeben.

Tod

Townes war weiterhin aktiv auf dem UCB-Campus, besuchte und arbeitete regelmäßig in der Physik-Abteilung oder im Space Sciences Laboratory nach seinem 99. Geburtstag und nur wenige Monate vor seinem Tod. Townes' Gesundheit begann sich zu verschlechtern, und er starb im Alter von 99 Jahren in Oakland, Kalifornien, auf dem Weg zum Krankenhaus am 27. Januar 2015, „Er war einer der wichtigsten experimentellen Physiker des letzten Jahrhunderts," sagte Reinhard Genzel, ein Professor für Physik an der Berkeley, über Townes. „Seine Stärke war seine Neugier und sein unerschütterlicher Optimismus, der auf seiner tiefe christlichen Spiritualität basierte."