宇宙探测的先锋--雷射发现者汤斯

宇宙探测的先锋——雷射发现者汤斯

『喂，汤斯教授吗?这里是武器系统评估中心(WeaponsSystemsEvaluation)。』武器系统评估中心是美国国防部所属一个极机密、鲜为外人所知的单位。

『我是。』汤斯教授在电话上冷静答道。

『根据情报显示，苏俄已经发展出洲际飞弹。为了架设环球核子武器防卫网，卡特总统曾计划制造两百个MX洲际飞弹，现在雷根总统要增加到两千个。你的看法怎么样?』

『我要想想看。』

一个最了解MX核子弹头可怕的人，却要去判断该生产多少弹头。一个尊重生命的人道主义者，却奇妙地被放在一个世界核武竞赛的枢纽上。

星期日的聚会后，他祷告得特别久。忽然，有一个念头进入心中……

不久，他向国防部提出：『从犹他州到内华达州的沙漠间，建立移动式飞弹基地，不但不易受到攻击，又可有灵活的主动性。』

『好主意!那要多少飞弹才够?』

『四十个。』

『什么，才四十个?』

『是的，四十个移动式的飞弹基地，比得上两千个固定型的基地。』

最后国防最高机密定案——四十个MX飞弹。这个扭转世界核武竞赛的汤斯教授是谁啊?他是——雷射的发现者。一九**年诺贝尔物理奖得奖人，美国太空总署(NASA)阿波罗登陆月球计划的首席顾问，太空分子学的开创大师，美国中央情报局(CIA)间谍卫星的技术指导，美苏核武限制谈判的推动人，与哈伯望远镜设计制造的关键人物。

〖最好的儿童玩具〗

一九一五年七月二十八日，汤斯(CharlesH.Townes)生于美国南卡罗莱纳州的格林威尔(Greenville)。他从小就喜欢自然科学，并以自然收藏家自居。当四周的同学在玩汽车模型、小机械玩偶时，他在观察天空的星星、树叶、昆虫、野鸟、石头。

汤斯后来写道：『一个人如果从小就喜欢大自然，大自然就会成为他一生的玩伴。』一个孩子最好的玩具，其实不用昂贵的花费。大自然的一草一木、一块石头、一块破布、一条橡皮筋都可以让孩子发展出几近无限的想像力。太精致的玩具反而扼杀孩子的想像空间。

汤斯八十岁时，回首童年如此写道：『我的父母是虔诚的基督徒，经常带孩子接近大自然，给孩子培养对大自然的兴趣外，也让我体会到上帝不只是无所不在，而且在我的身边。』

一九三一年，汤斯进入一所默默无闻的教会学校就读。他起初念生物系，不久又转到语文系，后又转到物理系。幸好那所学校很好转系，不然恐怕会限制了这个三心二意学生日后的发展。汤斯写道：

『我从十三岁就开始思索什么是我一生最重要的事?我对什么都有兴趣，但是信仰帮助我看出什么是重要的。我选物理，因为那是最接近真实世界的学问。』

〖他是我患难时的力量〗

大学里转了三个系，影响了汤斯的成绩。申请研究所时，他的申请信全部遭到拒绝，汤斯写道：『我祷告，希望仍有一线希望。』最后杜克大学(DukeUniversity)接受他的入学申请，但是不提供奖学金资助。

汤斯带着仅有的五百美金前往杜克大学。一九三七年他取得硕士学位时已经囊空如洗。他申请博士班时，因为念硕士时表现平平，再度四处碰壁。汤斯还是祷告，忽然着名的加州理工学院(Caltech)收他，并给他奖学金。

汤斯写道：『我的求学生涯遇到很多挫折，但是我像一部压路机，一直坚持地压到底。当我回顾我的一生，才发现最大的成功，都是靠着上帝的帮助，从失败中站起来的。』

很多人会问：『如果有上帝，事情怎会失败至此?』我的答复是：『失败不是怀疑上帝的时候，上帝不会被人的失败所限制。当我失败时，上帝仍与我在一起，它是我的力量。』

一九三九年，汤斯以优异的成绩，取得加州理工学院物理学博士的学位。

〖经得起被人扭来扭去〗

汤斯取得博士后写信到几所学申请教职，却都石沉大海。当时开采石油可以带来大笔的利润，使地质系成为热门科系，汤斯的同学因此都跳入地质钻探的行业。汤斯不为所动，他写道：『我的人生不为热门，而为价值。我宁愿去高中教物理，也不去公司看地层图。』

忽然，贝尔电话实验室(BellTelephoneLaboratories)通知他被录用。学物理的去搞电话?太不像话!汤斯又想推辞，他的指导教授听了跳起来，叫道：『天啊，这是好工作!』汤斯只好去报到。

一年以后，贝尔公司的主管找他去：『汤斯博士，为了作战，空军需要轰炸用的良好侦测系统，一种波长1.5公分的微波导弹器。这是你的任务，尽快做出来。』

汤斯不肯：『念物理系时，电子学是我最弱的一门课。』

『那是你个人的问题，不该是公司的问题。』

『但我是很纯的物理学家，不能做工程的事。』

『连物理都懂的人，会不懂工程?』

汤斯带着一肚子的气回去钻研微波电子学，竟发现自己进入一个新的研究领域。

〖雷射的发现〗

两年后，汤斯制造出一台微波侦测器，不过他发现空气中的水蒸气也会吸收这一段的微波。因此他建言，轰炸机在空袭日本与太平洋岛屿时，因为那里的空气比较潮湿，1.5公分波长的微波侦测器，可能会受到很大的干扰。但是空军不听他的建言，立刻拿去使用，果然效果不佳，两年辛苦所制顿成废铁。

汤斯难过却不失望，他写道：『年轻就是开发新领域的本钱。我无意间发现微波是研究分子特性的重要工具。』他建议发展更短的微波侦测器，但是贝尔公司不感兴趣。

一九四七年哥伦比亚大学(ColumbiaUniversity)聘请汤斯担任教职，他终于如愿以偿。四年后，他以热激发氨分子，发射出0.1公分波长的光，这是第一台微波发射器(maser)。一九六O年，他继续以更高的能量激动电子，所放出的波长更短，甚至已到红外线与紫外线光区了，这就称为雷射(laser)。

今天雷射的使用非常广泛，在医学手术上、太空侦讯、精密焊接，甚至连超市使用商品条码的读码器，也使用雷射。这都是汤斯的贡献，为此，他获得诺贝尔物理奖。

〖银河系的讯号〗

一九六七年，汤斯转至加州柏克莱大学(UniversityofBerkeley)任教，他开始教『天文分子学』(molecularastronomy)，利用微波采测宇宙的物质，这是近代研究宇宙学的重要技术。

过去的科学家认为星球之间完全真空，没有任何物质存在。但是汤斯早先在贝尔电话公司工作时，就发现朝向银河系的雷达，会持续收到一些微弱的电波。他向公司报告，主管回复：『那是雷达收讯不良的噪音，不要管就是了。』

汤斯实在是够『铁齿』，他将银河系传来的微弱讯号利用微波技术进行光谱分析，发现『那片遥远的空间，除了有氢分子、氦分子以外，还有有机芳香环分子存在，难怪科学家会在宇宙陨石中，发现有机质。如果根据生命是进化而来的假设，这些有机质在宇宙间飘浮了几亿年，早该会凝聚成什么生命体?』

汤斯继续观测，又写道：『由飘浮的有机分子到凝聚的宇宙星云，变化由每平方公分10个分子到10的8次方个分子，这些不同密度的宇宙星云，温度都非常低，约在绝对温度10-70度(摄氏温度-263一-203度)之间，所有的分子几乎是处在静止下动的状态下，所以是不可能产生生命的。』

〖宇宙生命的探索〗

汤斯写道：『有人认为生命是像矿物的结晶，由有机分子凝聚而成，这是不正确的。矿物的分子是根据热力学定律，摆在最低乱度的位置。生命却是更复杂多变的有机分子，每一个分子都被奇妙地摆在「精确」的位置上。』

『有人认为，地球上的生命是宇宙陨石上的有机质带来的，这个看法也是错误的。宇宙星辰上的有机物，具有左旋光特性与具有右旋光特性的有机质，各占百分之五十。但是地球上生命体的关键有机分子，全是左旋光特性。可见生命的开始，是在一种特殊的情况下，不是随便来一颗陨石就产生。

也有人认为，宇宙这么大，一兆兆个星球里，总会有生命的机率吧?但是生命的产生不是一种机率，而是一个奥秘。除非我们能了解生命产生的初始条件(initialcondition)是什么，讨论生命在不同星球上存在的机率才有意义，否则问生命存在不同星球上的机率是没有意义的。』

『如果生命是一个奥秘，那么科学家在宇宙间寻找什么?寻找宇宙的知识。这是人类无止境发出「我到底在哪里?我要往哪里去?」的探求。不同的时代对于宇宙的起源有不同的说法，但是最有意思的不是这些理论，而是人类为什么这么关心他的起源?』

『过去的历史中，对于宇宙学与天体论，科学与信仰有过冲突，其实那是字句之争，是肤浅之视。事实上，科学了解宇宙形成的法则，信仰了解宇宙存在的意义。一个科学家长期委身在研究里，他必定要相信探索这些宇宙法则是有意义的。科学与信仰是相辅相成的。』

一九六九年，汤靳在研究教学之余，兼任美国太空总署的外太空探测工作。一九八六年他自柏克莱大学退休，以荣誉教授身分继续用哈伯望远镜探索宇宙。对他而言，宇宙是充满无限赞叹的美丽诗篇。

资料来源：

1.Townes,C.H.,1995.MakingWaves.AmericanInstituteofPhysics.NewYork.

2.Heide,F.andF.Wlotzka.1995.Meteorites-MessengersfromSpace.Springer-Verlag.Germany.