诺贝尔物理学奖得主、激光的共同发明者、伯克利加州大学教授查尔斯·H·汤斯（Charles H.Townes），于2015年1月27日在美国加州西部港市奥克兰去世，享年99岁。

 

　　汤斯博士对物理学的最大贡献是发明了微波激射器――激光器的前身――并发展了可见光范围内平行相干光子发生装置的理论，为激光的研制奠定了理论基础。激光器是一种具有广泛应用领域――如医学、商业、通信和宇宙学――的实用装置。

 

　　汤斯生前说，他的主要兴趣在于理解事物，并养成了平均10年～15年换一个领域的习惯，从一个主题转到另一个主题。因为他总是在寻找需要破解的难题，好奇心驱使他的研究从原子转到天文，又从光束转到黑洞。然而在大萧条时期，由于找不到合适的教学职位，汤斯加入了纽约的贝尔电话实验室（后迁至新泽西州），在那儿从事发展雷达和导航装置的工作。

 

　　汤斯经常说，自己的物理学背景和在贝尔实验室的训练，致使他从事微波激射器的研究工作――一种通过所谓的"受激辐射发射"过程获得微波放大的装置。而激光则产生于此种方式放大的光波。1964年，汤斯与前苏联科学家尼科莱·巴索夫(Nikolay G.Basov)和亚历山大·普罗霍罗夫（Aleksander M.Prokhorov）一起分享了当年度的诺贝尔物理学奖，以表彰他们的工作导致了基于微波激射器和激光原理制成的振荡器和放大器。

 

　　1951年4月26日，当时在哥伦比亚大学工作的汤斯（后任职该校辐射实验室主任）在华盛顿参加会议。一天他坐在富兰克林广场上的长凳上思索着如何产生短波（长）、高频率光束的方法，突然间，他想到了利用共振腔使分子振动而发出相干光束，进而产生微波纯爆的方法。汤斯意识到，这需要一个对自然发光状态约束并加以放大的装置。后来他把这一过程称为“受激发射”。

 

　　通常，光束是一些"兴奋"的电子回规正常能级时产生的。一般情况下，这是个无序的，即"不相干的"过程，在这个过程中，电子可向任意方向辐射。1954年，汤斯和他在哥伦比亚大学的学生造出了一台微波激射器原型装置，该装置利用通电的氨分子产生的微波受激发射。其过程是，当电子进入兴奋状态后，在受控的连锁反应中会发出额外的能量，光子数会成倍的增加。这样，相对较弱的光束会变得越来越强大和相干。

 

　　三年后，汤斯和贝尔实验室的阿瑟·L·肖洛（Arthur L.Schawlow）建议将类似的程序应用于光波。光学微波激射器――后来称为激光器――的概念就是这样产生的。1958年，汤斯和肖洛在《物理学评论》上发表了一篇描述“光学微波激射器”的论文[1960年，加州休斯实验室的希奥多·梅曼（Theodore Maiman）演示了基于红宝石材料的第一束可见波长激光]。在1960年申请专利时，汤斯和肖洛被确认为最早的激光器发明者。

 

　　期间，哥伦比亚大学的研究生戈登·古尔德（Gordon Gould）也在研制激光器，并在1957年称其为“镭射”（LASER），后经钱学森建议改译为“激光”，意即“辐射受激光放大器”。虽然汤斯等在古尔德之前申请了专利，但古尔德还是提起了反诉求，直到1977年授予古尔德另一项激光专利才告休战。包括梅曼在1960年制造出第一台激光装置后，并在《自然》杂志上宣告了这一成果，也使围绕到底是谁发明了激光器的争论进一步复杂化。

 

　　今天，激光在现代生活中已经司空见惯。它们已被用于原子钟、光纤通讯、眼外科手术和超市的条形码阅读器上，包括十多项诺贝尔奖被授予与激光有关的研究。甚至汤斯在90多岁的时候，他还在用激光技术研究恒星的形状和大小。

 

　　1915年7月28日，汤斯出生在美国南卡罗来纳州的格林维尔。父亲是一名律师，家中有6个孩子，汤斯是其中最好问的一个。在1999年的回忆录《激光器如何产生：一名科学家的探索》中有这样的叙述，10岁的他写了一封圣诞许愿信给18岁的姐姐：

 

　　“你曾问我想要什么圣诞礼物。我最想要的是五金工具，因此你最好买下一家五金店。我想要一些马口铁剪刀，一些买铁和木片的钱……一把扁锉，一把玻璃刀，一些来福枪弹丸和一、两便士的钉头。”

 

　　两三年之后，他在南卡罗来纳州萨鲁达河里捕捉到一条色彩斑斓的鱼，但无法判定到底是什么鱼。随后他把这条鱼泡在甲醛里，并寄给了史密森研究所。当专家回信说从未见过这种鱼，并问他能否捕捉到更多这种鱼时，汤斯的兴趣已经转向了别的事物上。

 

　　在16岁那年，汤斯考入了福尔曼大学。期间，他是学校乐队的小号手、游泳队队员，并为校报撰稿。同时为挣些零花钱他也兼职家庭教师和卖自家农场的苹果。1935年，19岁的他以优异的成绩从福尔曼大学毕业，获得现代语言学和物理学两个学士学位。一年后，汤斯在杜克大学获得硕士学位。1937年他来到了加州理工学院，1939年获得博士学位。毕业后不久，他加入了贝尔实验室团队，从事雷达系统的研发工作，并于1941年结婚。1948年，他在哥伦比亚大学获得了教职；1961年，他曾短期为美国防务分析研究所工作，不久便受聘担任麻省理工学院（MIT）教务长职位。

 

　　1967年，汤斯来到了伯克利加州大学任职博文讲座教授，自那时起，他一直在那儿工作。来到伯克利后不久，汤斯的兴趣开始转向天文学：主持研发了短波无线电望远镜和微波分光计以寻找太空中的复杂分子；他是第一个在银河系中心附近发现氨和疑似水蒸气的人；他还帮助研发了用于太空研究的若干红外光谱工具和技术。

 

　　汤斯一生的大部分时间都在学术机构中度过的。期间他不断地寻找新的挑战，1985年，在花费十年时间研究红外线和无线电辐射之后，他带领的团队发现了一个位于银河系中心的大质量黑洞。这一发现极大地提升了人类对宇宙的认识。

 

　　汤斯曾在众多政府高级顾问小组任职，并发展了把激光器应用于天文学的方法。作为一位执着的研究者，汤斯一直坚持在办公室或空间科学实验室工作，直到去世前几个月。在任职政府顾问小组成员期间，汤斯参与了载人航天计划、MX导弹平台和核武器测试的联邦科学政策的制订。

 

　　多年来，汤斯获得了不少享有声望的奖项。除了诺贝尔奖，有美国国家科学奖章、美国国家科学院的Comstock奖、尼尔斯·玻尔国际金质奖章、美国物理学会的厄尔勒·普利勒奖、美国宇航局的杰出公共服务奖章，以及入选美国国家科学院和美国艺术和科学院院士。

 

　　除了献身科学之外，汤斯还着迷于宗教与科学的交集。在1966发表的"科学与宗教的融合"一文中，他探索了科学与宗教可能的交互作用并互相启迪的方式。作为一名发现科学与宗教并无冲突的基督徒，汤斯“因精神知识方面的进步”于2005年获得150万美元的坦普尔顿奖。他把奖金的大部分捐给了学术和宗教机构。

 

　　与许多科学家不同的是，汤斯博士从不畏避谈论宗教。他曾说他相信，物理学的法则――这些法则导致地球上的生命――是“偶然的”这个说法是“完全靠不住的”。

 

　　他还说他相信，“从长远来看，科学和宗教终将融合，因为两者都在致力于理解我们的宇宙。前者致力于理解宇宙是如何运行的，后者则试图理解宇宙的目的。……这个目的与宇宙运行的方式一定是有密切联系的。”