Σαν σήμερα ... 2015, πέθανε ο Αμερικανός νομπελίστας φυσικός Charles Townes.

Charles Hard Townes

Σαν σήμερα, στις 27 Ιανουαρίου 2015, πέθανε ο Αμερικανός πειραματικός φυσικός Charles Hard Townes (Τσάρλς Χαρντ Τάουνς), ένας από τους εφευρέτες του λέιζερ. 

Ο Τάουνς γεννήθηκε στη Greenville (Γκρίνβιλ) της Νότιας Καρολίνα, στις 28 Ιουλίου 1915. Πατέρας του ήταν ο δικηγόρος Henry Keith Townes και μητέρα του η Ellen (Hard) Townes που ήταν απόφοιτος κολεγίου.

Ο Τάουνς μεγάλωσε σ' ένα αγρόκτημα 20 στρεμμάτων, σε μια οικογένεια αφοσιωμένων Βαπτιστών. Ο πατέρας του Τσαρλς ήταν ερασιτέχνης βιολόγος κι αυτό έδωσε την ευκαιρία στα παιδιά του να γνωρίσουν από νωρίς τον φυσικό κόσμο. Παράλληλα, τα παιδιά αποκτούσαν εμπειρίες δουλεύοντας στο αγρόκτημα.  

Ο Τάουνς το 1935 κατά την αποφοίτησή του
από το Πανεπιστήμιο Furman.

Ο Τσαρλς εκπαιδεύτηκε στα δημόσια σχολεία της Greenville. Και οι δύο γονείς ενθάρρυναν τα παιδιά τους να εργάζονται σκληρά στο σχολείο. Το σπίτι τους ήταν γεμάτο με βιβλία και εγκυκλοπαίδειες που θα μπορούσαν να βοηθήσουν τα παιδιά να βρουν τις πληροφορίες που χρειάζονταν.

Από μικρή ηλικία, ο Τσαρλς έχοντας αγάπη για τη φύση, αποφάσισε να δουλέψει για την επιστήμη. Το 1931 ολοκλήρωσε τις γυμνασιακές σπουδές του και τα επόμενα 4 χρόνια τα πέρασε στο Πανεπιστήμιο Furman της Greenville, που ανήκε στην κοινότητα των Βαπτιστών. Συμμετείχε στην ομάδα κολύμβησης του Furman, έγραφε για την εφημερίδα του πανεπιστημίου και ήταν επιμελητής του μουσείου φυσικής ιστορίας του Furman.  Αποφοίτησε το 1935 με τα πτυχία Bachelor of Science (BS) στη Φυσική και Bachelor of Arts (BA) στις σύγχρονες γλώσσες.

Ο Τάουνς στο εργαστήριό του στο
Πανεπιστήμιο Κολούμπια.

Στη συνέχεια παρακολούθησε το Πανεπιστήμιο Duke στο Durham της Βόρειας Καρολίνα, απ' όπου πήρε μεταπτυχιακό στη Φυσική το 1936.

Ακολούθησαν σπουδές στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Καλιφόρνια (Caltech) παίρνοντας από εκεί το διδακτορικό του το 1939. Ο τίτλος της διατριβής του ήταν "Concentration of the heavy isotope of carbon and measurement of its nuclear spin" ("Συγκέντρωση του βαρέος ισοτόπου του άνθρακα και μέτρηση της πυρηνικής του στροφορμής").

Στις 4 Μαΐου 1941 ο Τσαρλς Τάουνς παντρεύτηκε την Frances Brown με την οποία είχαν συναντηθεί στη διάρκεια εκδρομής για σκι. Το ζευγάρι απέκτησε 4 κόρες, την Linda, την Ellen, την Carla και την Holly.

Ο Τσαρλς Τάουνς με την οικογένειά του.

Ο Τάουνς, από το 1933 ως το 1947, εργάστηκε ως μέλος του τεχνικού προσωπικού των Bell Telephone Laboratories. Στη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου η εργασία του προσανατολίστηκε στο σχεδιασμό συστημάτων ραντάρ για βομβαρδιστικά και μάλιστα έγινε κάτοχος μιας σειράς διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας σ' αυτή την τεχνολογία. Αυτή η ενασχόληση έστρεψε την προσοχή του Τάουνς στην εφαρμογή της τεχνικής των μικροκυμάτων από τα ραντάρ στην φασματοσκοπία, για την οποία προέβλεπε ότι μπορεί να αποτελέσει νέο εργαλείο στη μελέτη της δομής των ατόμων και των μορίων και ως πιθανή νέα βάση για την μελέτη των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.

Ο Τάουνς το 1955 στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια με το
πρώτο μέιζερ που είχε κατασκευαστεί.

Το 1948 δέχτηκε θέση αναπληρωτή καθηγητή στο Πανεπιστήμιο Columbia (Κολούμπια). Εκεί, συνέχισε την έρευνα στη φυσική των μικροκυμάτων, μελετώντας τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ μικροκυμάτων και μορίων και χρησιμοποιώντας φάσματα μικροκυμάτων για τη μελέτη της δομής μορίων, ατόμων και πυρήνων. 

Το 1950 πήρε θέση τακτικού καθηγητή στο Κολούμπια. Από το 1950 μέχρι το 1952 ήταν  Εκτελεστικός Διευθυντής στο Εργαστήριο Ακτινοβολίας και από το 1952 ως το 1955 ήταν πρόεδρος του Τμήματος Φυσικής, στο Κολούμπια. 

Λέιζερς εκπέμπουν μονοχρωματικές ακτινοβολίες.

Το 1951 ο Τάουνς συνέλαβε την ιδέα του maser (μέιζερ). Την άνοιξη του 1952, ενώ βρισκόταν στην Ουάσιγκτον D.C. για συναντήσεις, καθισμένος στο παγκάκι ενός πάρκου  στην πλατεία Lafayette, του ήρθε η ιδέα για τον τρόπο κατασκευής του μέιζερ. Αμέσως σημείωσε τις σκέψεις του στο πίσω μέρος ενός ταχυδρομικού φακέλου. Αυτές οι σημειώσεις θα ήταν η βάση για την δημιουργία μιας πολύ σπουδαίας εφεύρεσης του 20ου αιώνα.
Λίγους μήνες αργότερα ο ίδιος και οι συνεργάτες του άρχισαν να δουλεύουν σε μια συσκευή που χρησιμοποιούσε την αέρια αμμωνία ως ενεργό υλικό. 
Στις αρχές του 1954 κατάφεραν για πρώτη φορά να πετύχουν την παραγωγή ενισχυμένων ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων από διεγερμένη εκπομπή.

Ο Τάουνς και οι φοιτητές του δημιούργησαν την λέξη "maser" ως ακρωνύμιο της έκφρασης "microwave amplification by stimulated emission of radiation" ("ενίσχυση μικροκυμάτων  με εξαναγκασμένη εκπομπή ακτινοβολίας"). 

Ο Τσαρλς Τάουνς παραλαμβάνει το Νόμπελ Φυσικής το 1964.

Η δημιουργία του maser εξέπληξε ευχάριστα τον διαπρεπή φυσικό Niels Bohr, αλλά και τον Isidor Rabi, προϊστάμενο του Τάουνς στο Κολούμπια. Αξίζει να επισημάνουμε, ότι ο Rabi είχε αποτρέψει τον Τάουνς να συνεχίσει την έρευνά του στο μέιζερ, γιατί δεν πίστευε ότι μπορούσε να γίνει πραγματικότητα. Όμως ο Τάουνς επέμεινε και τον έπεισε ότι ήταν δυνατόν να κατασκευαστεί. 
Η δημιουργία του μέιζερ βρήκε άμεση χρήση στην αστρονομία, όπου χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας της επιφάνειας της Αφροδίτης.

Το 1958, ο Τάουνς συνεργαζόμενος με τον γαμπρό του Arthur Schawlow, που εκείνη την εποχή εργαζόταν στην Bell Laboratories στην έρευνα για την υπεραγωγιμότητα, έδειξαν θεωρητικά ότι ένα μέιζερ μπορούσε να λειτουργήσει στην περιοχή του ορατού και του υπέρυθρου και πρότειναν τον τρόπο με τον οποίο θα μπορούσαν να το πετύχουν. Δηλαδή, αυτό που στην ουσία πρότειναν ήταν ένα μέιζερ που θα λειτουργούσε σε μικρότερα μήκη κύματος, μια συσκευή που αργότερα ονομάστηκε laser (λέιζερ), ως ακρωνύμιο της φράσης "light amplification by stimulated emission of radiation" ("ενίσχυση φωτός με εξαναγκασμένη εκπομπή ακτινοβολίας").
Στις 15 Δεκεμβρίου 1958, ο Τάουνς και ο Schawlow δημοσίευσαν στο Physical Review την εργασία τους με τίτλο "Infrared and Optical Masers" ("Υπέρυθρα και Οπτικά Μέιζερς") όπου περιέγραφαν την διαδικασία λειτουργίας ενός λέιζερ. Παράλληλα φρόντισαν να πάρουν δίπλωμα ευρεσιτεχνίας γι' αυτό. 
Το 1960, ο Ted Maiman βασίστηκε σ' αυτή την εργασία κι έφτιαξε το πρώτο λέιζερ που λειτούργησε.

Ο Τσαρλς Τάουνς παραδίδει στον Frederick Sanger το βραβείο
Golden Plate της American Academy of Achievement.
(Λονδίνο 2000)

Από το 1959 ως το 1961 ο Τάουνς απουσίασε από το πανεπιστήμιο Κολούμπια για να υπηρετήσει ως Αντιπρόεδρος και Διευθυντής Έρευνας του Ινστιτούτου Αναλύσεων Άμυνας στην πρωτεύουσα Ουάσιγκτον των ΗΠΑ. Το Ινστιτούτο ήταν μια μη κερδοσκοπική οργάνωση που συμβούλευε την κυβέρνηση των ΗΠΑ και λειτουργούσε με την συμμετοχή έντεκα πανεπιστημίων.

Το 1961 ο Τάουνς ανέλαβε καθήκοντα Κοσμήτορα και Καθηγητή Φυσικής στο ΜΙΤ. 

Το 1964 ο Τσάρλς Τάουνς μοιράστηκε το Νόμπελ Φυσικής με τους Nicolay Basov και Aleksandr Prokhorov "για την θεμελιώδη εργασία (τους) στο πεδίο της κβαντικής ηλεκτρονικής, που οδήγησε στην κατασκευή ταλαντωτών και ενισχυτών με βάση την αρχή των μέιζερ-λέιζερ". Ο Τάουνς πήρε το μισό βραβείο, ενώ οι δύο άλλοι επιστήμονες μοιράστηκαν το άλλο μισό.

Το 1966 παραιτήθηκε από τη θέση του κοσμήτορα για να επιστρέψει στην πρώτη γραμμή της έρευνας, ιδιαίτερα στους τομείς της κβαντικής ηλεκτρονικής και της αστρονομίας. 

Το 1967 ανέλαβε καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Berkeley (Μπέρκλεϊ), όπου ασχολήθηκε με την διδασκαλία, την έρευνα και άλλες δραστηριότητες. Παρέμεινε εκεί μέχρι το τέλος της καριέρας του.

Ο Τάουνς με την σύζυγό του Frances κάθονται δίπλα στο άγαλμα
που φτιάχτηκε γι' αυτόν στη γενέτειρά του Greenville (2006). 
Σ' ένα τέτοιο παγκάκι καθόταν το 1952 στην Ουάσιγκτον, 
όταν είχε την ιδέα για την κατασκευή του μέιζερ.
(Η φωτό από την εφημερίδα The New York Times)

Το 1976 ο Τάουνς και η ερευνητική του ομάδα στο Μπέρκλεϊ δημοσίευσαν στην Astrophysical Journal μια σημαντική εργασία με τις υπέρυθρες παρατηρήσεις τους στο κέντρο του Γαλαξία μας. Υπολόγισαν ότι στο κέντρο του γαλαξία υπήρχε μια εκπληκτικά μεγάλη μάζα, όσο 4 εκατομμύρια ήλιοι μας.

Μέχρι το 1980 διαπίστωσαν ότι υπήρχε ένα αντικείμενο με τεράστια μάζα και χωρίς όγκο στο κέντρο του γαλαξία μας, υποδηλώνοντας ότι ήταν μια μαύρη τρύπα. Αργότερα οι εργασίες της ομάδας και άλλων αστρονόμων επιβεβαίωσαν την ύπαρξη τεράστιας μαύρης τρύπας, της οποίας η εκτιμώμενη μάζα σε 4,1 εκατομμύρια ηλιακές μάζες, δεν ήταν πολύ διαφορετική από την αρχική εκτίμηση του Τάουνς.

Ο Τσαρλς Τάουνς έχοντας στο χέρι του το βραβείο Templeton.
Μαζί του η σύζυγός του και ο Δούκας του Εδιμβούργου Φίλιππος.
(Λονδίνο, 4 Μαΐου 2005)

Οι παρατηρήσεις με το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Χαμπλ έχουν δείξει ότι όλοι οι σπειροειδείς γαλαξίες έχουν υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο τους. Ίσως οι σπειροειδείς γαλαξίες να αναπτύσσονται μόνο γύρω από τέτοιες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες.

Ο Τάουνς αποχώρησε επίσημα από το Μπέρκλεϊ το 1986 σε ηλικία 71 ετών, αλλά στην πραγματικότητα συνέχισε να εργάζεται εκεί μέχρι ένα χρόνο πριν από το θάνατό του.

Ο Τσάρλς Τάουνς, εκτός από το βραβείο Νόμπελ, δέχτηκε δεκάδες βραβεία από πανεπιστημιακά και επιστημονικά ιδρύματα, κυβερνήσεις και οργανώσεις. Συνεργάστηκε με πολλές επιστημονικές επιτροπές και υπήρξε σύμβουλος προέδρων των ΗΠΑ.
Το 2005 ο Τάουνς έλαβε το βραβείο Templeton για την συμβολή του στην κατανόηση των θρησκειών. Το βραβείο συνοδευόταν από 1,5 εκατομμύρια δολάρια τα οποία μοίρασε μισά στο πανεπιστήμιο Furman και τα υπόλοιπα σε εκκλησιαστικά φιλανθρωπικά ιδρύματα.
Ο Τάουνς, καθ' όλη τη διάρκεια της ζωής του ήταν πιστός χριστιανός και η θρησκεία ήταν πολύ σημαντική γι' αυτόν. Χαρακτηριστικά είχε γράψει: "Πάντα πίστευα ότι η επιστήμη και η θρησκεία δεν είναι άσχετες και πρέπει ν' αλληλεπιδρούν ειλικρινά και ανοιχτά".

Το 2008, σε ηλικία 93 ετών, ο Τάουνς καθαρίζει
έναν από τους μεγάλους καθρέφτες του
Infrared Spatial Interferometer στο Πανεπιστήμιο Μπέρκλεϊ.

Ο Τσαρλς Τάουνς πέθανε στο Oacland (Όκλαντ) της Καλιφόρνια σε ηλικία 100 ετών.
"Ήταν ένας από τους σημαντικότερους πειραματικούς φυσικούς του περασμένου αιώνα" είπε ο Reinhard Genzel, καθηγητής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Μπέρκλεϊ, μιλώντας για τον Τάουνς. Και συνέχισε λέγοντας "Η δύναμή του ήταν η περιέργεια του και η ακλόνητη αισιοδοξία του, βασισμένη στην βαθιά χριστιανική του πνευματικότητα".

• 2 συνεντεύξεις του Τσαρλς Τάουνς στο Oral-History της Engineering and Technology History Wiki  ΕΔΩ (1991)  κι  ΕΔΩ (1992).

• Ο ιστότοπος που έχει αφιερωθεί στη μνήμη του Τσαρλς Τάουνς από το Πανεπιστήμιο Μπέρκλεϊ.

• Βίντεο από το University of California Television (UCTV) στο πλαίσιο των εκπομπών  Conversations with History: Charles H. Townes (αγγλικά, 54:39).

• Το βίντεο "Dr. Charles Townes Individual Lifetime Achievement Awards" για τη ζωή και τα επιτεύγματα του Τσαρλς Τάουνς (αγγλικά, 8:47).

• Βίντεο από την Bell Telephone Laboratories με τίτλο "Principles of the Optical Maser" ("Αρχές του Οπτικού ή Ορατού Μέιζερ") (αγγλικά, 29:08).

• Βίντεο με τον γιορτασμό των 99ων γενεθλίων του Τσαρλς Τάουνς στο Πανεπιστήμιο Μπέρκλεϊ (αγγλικά, 1:20).

Πηγή: Today in Science History, Nobel Prize Foundation,  WIKIPEDIA, Academy of Achievement