Charles H. Townes

海狸和兔子在胡佛大坝前凝视时说道：不，我没有自己建造它，但它是基于我的一个想法

Charles Hard Townes是一位美国物理学家。Townes从事微波激射器的理论和应用研究，并获得了基础专利。他在量子电子学方面的其他工作涉及微波激射器和激光器装置。1964年，他与Nikolay Basov和Alexander Prokhorov共同获得了诺贝尔物理学奖。Townes是美国政府的顾问，与从Harry Truman（1945年）到Bill Clinton（1999年）的每位美国总统都有过面面。

他担任Apollo登月计划的美国政府科学和技术咨询委员会主任。1967年成为加州大学伯克利分校教授后，他开始了一项天体物理学计划，取得了几项重要发现，例如银河系中心的黑洞。

Townes是一位宗教信仰者，他相信科学和宗教正在融合，以提供对宇宙本质和目的的更深层理解。

早年生活

Townes具有德国、苏格兰、英国、威尔士、胡格诺派法国和苏格兰-爱尔兰血统，出生于南卡罗来纳州的Greenville，是律师Henry Keith Townes（1876–1958）和Ellen Sumter Townes（娘家姓Hard；1881–1980）的儿子。他在Furman大学获得物理学学士学位和现代语言文学学士学位，于1935年毕业。Townes在Duke大学完成了物理学硕士学位的工作，时间在1937年，随后进入加州理工学院研究生院，并于1939年获得博士学位。第二次世界大战期间，他在Bell实验室从事雷达轰炸系统的研究。

职业和研究

1950年，Townes被任命为Columbia大学教授。他从1950年到1952年担任Columbia辐射实验室执行主任。他在1952年到1955年担任物理系主任。

1951年，Townes构想了一种新的方法来产生强烈、精确的相干辐射束，他为此发明了缩写词微波激射器(maser)，意为"微波放大受激辐射"。当同样的原理应用于更高的频率时，使用了激光(laser)一词，其中"光"一词替代了"微波"。

1953年间，Townes、James P. Gordon和Herbert J. Zeiger在Columbia大学建造了第一台氨微波激射器。该装置在能量激发的氨分子流中使用受激辐射，以产生约24.0 吉赫兹频率的微波放大。

从1959年到1961年，他从Columbia大学休假，担任位于华盛顿特区的防御分析研究所的副总裁和研究主任。该研究所是一个非营利组织，为美国政府提供建议，由11所大学运营。在1961年至1967年间，Townes在麻省理工学院担任教务长和物理学教授。随后，在1967年，他被任命为加州大学伯克利分校物理学教授，在那里工作了将近50年；到2015年去世时，他的身份是名誉教授。在1966年到1970年间，他是NASA Apollo登月计划科学咨询委员会主席。

因创造微波激射器，Townes与Nikolay Basov和Alexander Prokhorov获得了1964年诺贝尔物理学奖。Townes还开发了微波激射器和激光器在天文学中的应用，是首次发现太空中复杂分子的团队成员，并确定了银河系中心超大质量黑洞的质量。

在2002–2003年间，Townes在德国担任Karl Schwarzschild讲座教授，在印度担任Birla讲座教授和Schroedinger讲座教授。

Townes是20位获得诺贝尔物理学奖的美国获奖者之一，他在2008年5月签署了一封致George W. Bush总统的信，敦促他"扭转2008财政年度综合拨款法对基础科学研究造成的损害"，要求为能源部科学办公室、国家科学基金会和国家标准与技术研究所增加应急资金。

天体物理学

星系中心

银河系中心长期以来令天文学家感到困惑，在可见光中浓密的尘埃遮挡了对它的视线。在1970年代中期至后期，Townes与Eric Wollman、John Lacy、Thomas Geballe和Fred Baas一起，在红外波长下研究了银河中心的射电源Sagittarius A。他们观察到电离氖气以如此高的速度围绕中心旋转，以至于中心的质量必须大约相当于300万个太阳的质量。如此大的质量集中在如此小的空间意味着中心天体射电源Sagittarius A*包含一个超大质量黑洞。Sagittarius A*是最早被探测到的黑洞之一；随后其质量被更准确地确定为430万个太阳质量。

恒星的形状和大小

Townes最后一项重大技术创新是与Walt Fitelson、Ed Wishnow等人共同开发的红外空间干涉仪。该项目结合了三个由激光对齐的移动红外探测器来研究同一颗恒星。如果每架望远镜相距10米，它就会产生30米透镜的印象。对Betelgeuse（Orion星座肩部的一颗红巨星）的观测发现，它的大小以每年1%的速度增加和减少，15年内增加15%。ISI产生极高的角度和空间分辨率。该技术也在与Search for Extraterrestrial Intelligence（SETI）的Dan Werthimer的合作中，在寻找地外生命方面发挥着重要作用。

个人生活和遗产

Townes于1941年与无家可归者权利倡导者Frances H. Brown结婚。他们住在加州伯克利，有四个女儿，分别是Linda Rosenwein、Ellen Anderson、Carla Kessler和Holly Townes。

Townes是一位宗教信仰者，美国联合基督教会成员，他认为"科学和宗教相当平行，比大多数人认为的要相似得多，从长远来看，它们必然会融合"。他在2005年获得Templeton奖后的声明中写道："科学试图理解我们的宇宙是什么样的以及它如何运作，包括我们人类。宗教旨在理解我们宇宙的目的和意义，包括我们自己的生活。如果宇宙有目的或意义，这必然反映在它的结构和功能中，因此也反映在科学中。"

科学和宗教

Townes关于科学和宗教的观点在他的论文"科学与宗教的融合"、"科学与宗教中的逻辑和不确定性"和他的著作《掀起波澜》中得到了阐述。Townes认为自然的美是"显然由上帝创造的"，上帝创造了宇宙以供人类出现和繁荣。

他每天祈祷，最终认为宗教比科学更重要，因为它涉及最重要的长期问题：我们生活的意义和目的。Townes关于科学与宗教融合的信念基于声称的相似性：

1. 信仰。Townes辩称科学家有信仰，就像宗教信仰者一样，这使他/她能够为了不确定的结果而工作多年。
2. 启示。Townes声称许多重要的科学发现，如他对微波激射器/激光器的发明，以"闪现"的形式出现，更接近宗教启示而非数据解释。
3. 证明。在这个世纪，数学家Godel发现在科学意义上不能有绝对证明。每个证明都需要一套假设，而且无法检查这些假设是否在逻辑上自洽，因为会需要其他假设。
4. 不确定性。Townes相信我们应该保持开放的心态，以便在未来更好地理解科学和宗教。这需要我们修改我们的理论，但不放弃它们。例如，在20世纪初，物理学在很大程度上是确定性的。但当科学家开始研究量子力学时，他们意识到不确定性和机遇在我们的宇宙中起着作用。经典物理学和量子力学都是正确的，并在各自的领域内运作良好，并继续被教授给学生。同样，Townes相信宗教理解的增长将修改但不会使我们放弃我们的经典宗教信念。

去世

Townes在UCB校园一直保持活跃，在99岁生日后仅几个月内，他仍经常在物理系或太空科学实验室访问和工作。Townes的健康开始衰退，他于2015年1月27日在加州Oakland去世，年99岁，当时他正前往医院。伯克利物理学教授Reinhard Genzel对Townes评价说："他是上个世纪最重要的实验物理学家之一。他的优点是他的好奇心和坚定不移的乐观精神，这源于他深厚的基督教信仰。"