5/3/2015
|
Nhà sáng chế laser Charles Townes, đoạt giải Nobel Vật Lý
học 2004 , qua đời
G S Tôn Thất Trình
|
Năm 1951 , nhà vật lý học Charles Townes đang ngồi suy nghĩ ở ghế đá công viên thủ đô Hoa Thịnh Đốn - Hoa Kỳ về trò rối rắm đã lâu năm làm cách nào tạo ra một luồng ánh sáng cường độ lớn, độ dài làn sóng ngắn ngủi và tần số cao, có sử dụng thực tiển sâu xa. Albert Einstein trên lý thuyết đã cho biết là có thể làm được , nhưng chưa một ai đã làm ra. . Ở ghế đá hoa đổ quyên nở rộ bao quanh ,Townes tìm ra giải pháp; lúc đó ông là nhà khảo cứu mới 35 tuổi, thuộc Viện Đại học Columbia University .
Nó liên quan đến một tia lóe ánh sáng sáng trưng , một sỉ số những phân tử ammonia được kích thích và một cơ chế để giới hạn các độ dài làn sóng chúng có thể phát đi . Ông vẽ nó lại trên bìa sau một bao thư cũ . Vài năm sau, ông và hai đồng nghiệp đã họa kiểu xây dựng một linh kiện họ gọi tên là “maser” , chữ cái m có nghĩa là năng lượng vi ba, làn sóng vi tiểu - microwave . Khi làn sóng vi tiểu được các làn sóng ánh sáng thay thế, thì từ laser khai sinh .
Sáng kiến này đã đem lại cho Townes giải thưởng Nobel vật lý năm 2004 và gieo giắc sinh ra nhiều tíên tiến cho mọi lảnh vực xã hội ngày nay , gồm luôn từ kỷ thuật tiêu khiển gia thất , y khoa , đến vũ trụ và thương mãi. Townes chết ngày 27 tháng giêng năm 2015 tại thành phố Oakland- Bắc Ca Li trong khi đi dến nhà thương, theo Viện đại học UC Berkeley, nơi ông vẫn tiếp tục họat động cho đến năm 2014, sau khi ông về hưu chánh thức . Ông thọ 99 tuổi (1915 -2015 ). Theo lời nhà thiên văn học vật lý UC Reinhard Genzel , Townes là trong những nhà vật lý học thí nghiệm quan trọng nhất của
thế kỷ vừa qua . Sức mạnh tinh thần của ông là nhờ tính tò mò và tính lạc quan không hề bị lay chuyễn, căn cứ trên tinh chất tinh thần Thiên Chúa giáo sâu đậm của ông. Có một lần , ông nói là ông xem “ khải phát - revelation” của ông trên ghế đá công viên là một dấu hiệu tương tác giữa đức tin tinh thần và sự tìm tòi khoa học . Năm 2005 , ông nhận Phần thưởng nổi tiếng Templeton Prize về Tiến bộ Hướng về Khảo cứu hay Khám phá các Thực Tế Tinh Thần.
Rất ít sáng chế cận đại khác , có được ảnh hưởng rộng lớn như laser . Lasers là
lõi cốt các máy chơi CD và DVD tại gia thất , máy rà dò mã số bar - Bar code scanner ở siêu thị, máy tìm tầm -range finder và máy đo độ cao -altimeters cho quân sự, máy dò tốc độ - speed detectors của lính bảo an địa phưong cùng một lọat sản phẩm thương mãi khác . Về y khoa , chúng được sử dụng làm dao mổ- giải phẩu laser scalpels ,làm nhẳn da, lấy đi các hình xăm - tattoos , nối lại các võng mạc - retinas và làm dạng giác mạc - cornea cho khỏi cần đeo mắt kính ( kiếng ). Ở ngành thiên văn ,chúng được sử dụng đo khỏang cách và xem xét các hiện tượng vũ trụ ở không gian xa vời . Ở công nghệ và hành chánh, chúng dùng để truyền dữ liệu cao tốc qua các cáp sợi quang - fiber optic cables .
Hơn một tá nhân vật đọat giải Nobel đã dựa trên các công trình với lasers . Theodor W. Hănsch của Viện Max Planck , Đức về Quang học Quantum, sau khi biết ông sẽ nhận giải thưởng Nobel nhờ dùng lasers nghiên cứu các đặc tính của nguyên tử và phân tử nói rằng, mọi người chúng tôi thảy đều đứng trên vai anh khổng lồ là Charlie Townes. Kỷ thuật đã trở nên thông thường đến nổi từ laser , một từ cấu tạo bằng chữ đầu các từ khác - acronym của “ light amplification by the stimulated emission of radiation - Khuếch đại ánh sáng bằng phóng xạ phát đi được kích thích” do Townes và các sinh viên của ông đật tên, đã được tòan thể xã hội cận đại thông hiểu ,ngay cả khi ít người hiểu rỏ các nguyên tắc làm ra lasers.
Ánh sáng trắng bình thường như do mặt trời hay một bóng đèn phát đi, là một pha trộn hổ lốn các độ dài làn sóng - wavelengths hay màu sắc , mọi làn đều sai bước với nhau ,như thể một đám đông đi ngang qua cầu vậy đó . Ngược lại, một laser phát đi một luồng ánh sáng theo một độ dài làn sóng đã định nghĩa theo cách đi nối gót nhau -lockstep, như binh lính xếp hàng đi qua cầu . Và dù cho bước chân của đám đông có rất ít ảnh hưởng trên cầu, các bước chân phối hợp lại của binh lính có ảnh hưởng lớn hơn nhiều, khiến cầu rung động và run rẫy, có thể gảy. Tương tự ,ánh sáng mạch lạc nhau từ một laser có nhiều sức mạnh hơn là ánh sáng trắng đơn giản , giúp nó đốt cháy thịt hay cả thép nữa .
Ý kiến phóng xa phát đi khi bị kích thích ở tâm can laser đã được Einstein đưa ra năm 1917 . Einstein lý luận rằng hấp thu phóng xạ của một độ dài làn sóng đặc biệt nào đó , bởi các nguyên tử sẽ kích thích chúng phát đi phóng xạ cùng một độ dài làn sóng.
Townes chủ yếu góp phần là xác định và tạo ra điều kiện trong đó một số to lớn nguyên tử ở vào một tình trạng bất ổn, trên đó nó sẽ phát đi nhiều năng lượng hơn là nó hấp thu . Các vi ba ,làn sóng vi tiểu- microwaves có thể có độ đài dài đến vài bộ Anh , nhưng Townes đang họat động trên các làn sóng độ dài chỉ nữa ngón Anh ( chưa đến 1.5 cm ) và đang cố tìm kiếm những độ dài làn sóng ngắn hơn nữa , có nhiều sử dụng hơn .Thế nhưng những linh kiện điện tử có cơ làm ra những độ dài ngắn như thế còn quá nhỏ để sản xuất đủ sức mạnh cho bất cứ ứng dụng thấy trước được .
Một buổi sáng ngày cuối một thảo luận vô vị ở Hoa Thinh Đốn xem xét các lối đi giải quyết vấn đề, Townes ngồi ở ghế đá công viên trầm tư suy nghĩ. Ông lý luận rằng phát triễn các máy phóng đại- amplifiers điện tử sẽ không thích hợp và bắt đầu tưởng tượng tới sử dụng phân tử sản xuất ra phóng xạ , khi chúng rung động ở tốc độ cao. Ông tư biện là một tia lòe ánh sánh sáng ngời có thể sử dụng tạo nên một sỉ số phân tử ammonia được kích thích và nhốt chúng trong một lỗ hổng thích nghi, sẽ giới hạn các độ dài làn sóng chúng sẽ sau đó sản xuất . Kích động , ông trở lại phòng khách sạn và hỏi nhà vật lý học Arthur Schawlow , một người bạn thân hợp tác cùng ông . Sau đó Schawlow trở thành em rễ . Townes nói : tôi nói với Schawlow về vụ này và Shawlow trả lời: Ok , có thể như vậy được . Và đây là lúc ý kiến khỏi sự .
Trở lại Columbia, mọi đồng nghiệp của Townes đều hòai nghi và cầu khẩn ông bỏ dự án. Nhưng Townes và Schawlow cứ tiếp tục. Họ xây dựng maser đầu tiên năm 1954 . Hai người sử dụng những khái niệm như nhau, để họa kiểu một linh kiện có thể phát đi ánh sáng ở các tần số một - 100 000 lần ngắn như các làn sóng vi tiểu - microwaves . Họ xuất bản họa kiểu ở số tháng 12 năm 1958 của tạp chí Duyệt Xét Vật Lý Học và có được một môn bài tác quyền năm 1959 . Các nhà khoa học khác nhảy vào ý kiến mới mẽ này một cách ào ạt . Năm 1960, Theodore Maiman của Viện Khảo cứu
Hughes thị trấn Malibu - Nam Ca Li xây dựng một laser đầu tiên họat động được , phần lớn căn cứ trênhọa kiểu Townes- Shawlow .
Năm 1964 , Townes chia sẽ giải Nobel với Nicolay Genndiyevich Basov và Aleksandr Mikhailocvich của Nga Sô viết, đã góp phần đáng kể về phát triễn maser và laser . Còn Shawlow đọat giải Nobel Vật lý, năm 1981, về các công trình sau đó hơn về kính quang phổ- spectrocoscopy laser. Sáng chế ra laser còn được Gordon Gould nói là do mình làm ra. Gould là một sinh viên cao học của Viện đại học Columbia nói là ông đã vẽ ra một họa kiểu laser năm 1957 , nhưng ông không nạp hồ sơ xin môn bài , mãi cho đến năm1959, sau khi Townes và Schawlow nạp đơn cho ứng dụng của hai người . Ông kiện trụng 30 năm trời và thắng một môn bài năm 1988 .
Charles Hard Townes sinh ngày 28 tháng 7 năm 1915, ở thị trấn Greenvilel , bang Southern Carolina . Gia đình sống trong một nông trang nhỏ, nơi Townes khôn lớn , vắt sửa bò , hái trái cây và say mê thu lượm côn trùng, đặc biệt là bướm . Ông bị ngành côn trùng học lôi cuốn , nhưng ông có cảm giác là sẽ thua kém em ( anh ) ông là Henry Keith Townes Jr. ở ngành này. Henry Townes là thiết lập viên của Viện Côn Trùng Học Hoa Kỳ . Charles Townes đổ cử nhân về ngôn ngữ cận đại và vật lý học của Viện Đại học Furman năm 1935 , sau đó đổ thạc sĩ-master về vật lý học của Viện đại học Duke năm 1936 . Ông bị lôi cuốn vào vật lý học về điều ông gọi là “ Cơ cấu lô gic đẹp đẽ - beautifully logical structure”
.
Townes di chuyễn về Viện Caltech để hòan tất bằng tiến sĩ năm 1939 , nghiên cứu dưới các vĩ nhân vật lý học J. Robert Oppenheimer và Robert Millikan . Đề tài của Townes là phân chia đồng vị phóng xạ và quay tròn hạt nhân. Tốt nghiệp vào thời Đại Khủng hỏang - Great Depression khi công ăn việc làm ở các viện đại học khan hiếm , Townes gia nhập nhóm kỷ thuật của các La bô Bell Labs ỏ Nữu Uớc , nơi đây ông phát triễn những khéo léo công nghệ và họat động cho việc phát triễn các hệ thống thả bom căn cứ trên radar vào Thế Chiến Thứ Hai. Ông di chuyễn về Viện đại học Columbia năm 1948 và hướng dẫn công trình nền tảng về laser và maser . Ông chỉ huy khảo cứu cho Viện Phân Tích Quốc Phòng bất vụ lợi ở Hoa Thịnh Đốn trong vài năm ,trước khi di chuyễn năm 1961 về viện MIT - Massachusetts Institute of Technology với tư cách là giáo sư vật lý học và phó hiệu trưởng . Năm 1967 ông trở thành giáo sư vật lý học ở Viện UC Berkeley , nơi ông chấm dứt sư nghiệp.
Nhưng tinh thần sáng tạo lâu dài cả đời tiếp tục thúc đẩy Townes về những hướng mới. Trong thập niên 1970 , ông bắt đầu góp phần đáng kể về vật lý thiên văn - astrophysics, dựa một phần nào trên những khám phá của ông trước đó. Townes là thủy tổ khai sáng một phương pháp thêm sức mạnh cho viễn vọng kính, nhờ cột cùng nhau ánh sáng từ hai hay nhiều viễn vọng kính , đặt nền móng cho vài viễn vọng kính uy vũ nhất thế giới . Cuối đời, ông quay cái nhìn tò mò lên trên trời tìm kiếm đời sống xa vời ngòai thế giới chúng ta. Theo Townes , khoa học là đeo đuổi hiểu biết về trật tự
của vũ trụ, tôn giáo là đeo đuổi hiểu biết và chấp nhận ý nghĩa của vũ trụ. Townes nói với báo The Times, năm 1996 về lý thuyết Big Bang- Tiếng Nổ Vang đã được chấp thuận rộng rải : Sự kiện là vũ trụ có chuyện khởi thủy là một điều rất gây ấn tượng . Làm cách nào bạn giải thích sự cố độc đáo này ,mà không nới tới Thượng Đế - God ?
Khi nhận giải thưởng 1.5 triệu đô la Templeton Prize , ông tặng nữa phần tiền thưởng cho Viện đại học Furman và phần còn lại cho các hội từ thiện các nhà thờ quản lý. Townes kết hôn với bà Frances H. Brown năm 1941, vẫn còn sống song song với 4 con gái của họ Linda Rosewein, Ellen Townes - Anderson, Carla Kessler và Holly Townes; 6 cháu ngọai và hai chắt .
(chiếu theo Piller and Maugh , nguyên biên tập viên và Elaine Woo biên tập viên báo LA Times, ngày 29 tháng giêng năm 2015 )
