Известные люди

»

Чарльз Таунс

Первая служба Т. проходила в лабораториях телефонной компании Белл, где он оставался с 1939 по 1947 г., занимаясь главным образом и крайне благополучно задачами военно-прикладного характера, как, в частности, разработкой авиационного радара для прицельного бомбометания. Примечательно, что его счастливый момент в одно прекрасное время состоял в предсказании неудачи. Во время войны в радарах использовалась длина волны в 3 см (соответствует частоте 10000 мегагерц). После войны руководство военно-воздушных сил попросило компанию Белл разработать радар, тот, что работал бы на длине волны в 1,25 см (24 000 мегагерц). Более высокочастотный радар должен был не только снабдить больше высокую пунктуальность, но и должен был располагать меньший вес и занимать меньше места в самолете. Т. предсказал, что новая организация окажется неэффективной, ибо водяные пары в атмосфере поглощают энергию аккурат этой частоты. Не убежденные в этом, ВВС построили радар, и их постигла невезуха. Однако тот самый эпизод пробудил у Т. заинтересованность к взаимодействию высокочастотных радиоволн (микроволн) с молекулами.

В 1948 г. Т. был назначен адъюнкт-профессором физики в Колумбийском университете. Он стал исполнительным директором университетской радиационной лаборатории в 1950 г., возглавлял материальный факультет с 1952 по 1955 г. и оставался в университете полным профессором до 1961 г. В течение этого периода он ещё учился музыке и вокалу в вечерних классах музыкальной школы Жуйяра. Выполняя научные исследования в Колумбийском университете, Т. понял, что поглощение микроволн может служить основой для новой техники микроволновой спектроскопии, позволяющей предуготовлять строение молекул.

Во время работы Т. в компании Белл радарные волны генерировались электронами, осциллирующими внутри металлических резонаторов, размеры которых определялись с высокой точностью. Эти размеры определяли длину волны, и самая короткая достижимая длина волны была примерно 1 мм (300 000 мегагерц). Т. замыслил в противоположность этому применять естественные свойства молекул, чтобы осилить эти ограничения.

В конце XIX начале XX в. физики установили, что у молекул и атомов энергия принимает дискретные значения и наименьшее из энергетических состояний, или уровней, называется основным состоянием. Множество допустимых уровней индивидуально для конкретного атома или молекулы. Энергия связана с конфигурациями и движением электронов кругом ядра атома. Точно так же и электромагнитное излучение в виде, к примеру, тепла, радиоволн или света состоит из дискретных пучков энергии (фотонов), габаритность которой пропорциональна частоте волн. Атом или молекула могут поглотить фотон, энергия которого равна разности между двумя уровнями, и подняться в результате на больше большой энергетический порядок. В этом случае говорят, что атом находится в возбужденном состоянии. Возбужденные атомы или молекулы обладают, еледовательно, избыточной энергией. Вскоре позже возбуждения они переходят на больше невысокий энергетический порядок спонтанным образом, выделяя энергию в виде фотона, равную разности между двумя уровнями. В 1917 г. Альберт Эйнштейн открыл индуцированное излучение, третий ход при взаимодействии излучения с материей в дополнение к поглощению и спонтанному излучению. В этом процессе возбужденные атомы или молекулы, подверженные воздействию излучения, энергия фотонов которого соответствует разности между возбужденным и основным уровнями, тотчас возвращаются в основное состояние, испуская фотоны, неотличимые от тех, которые стимулировали тот самый возврат.

Т. понял, что индуцированное излучение дает схема освобождения избытка энергии возбужденных молекул путем усиления излучения, вызвавшего такое отбояривание. Для того чтобы это осуществить, было необходимо обрести большое численность возбужденных молекул, сравнимое с количеством молекул, находящихся в основном состоянии. Т. нашел утилитарный схема для осуществления подобного замысла с помощью положительной обратной связи в резонансном контуре, сходном по сути с осцилляторами, генерирующими радиоволны в радиопередатчиках.

Николай Басов и Александр Прохоров (СССР) пришли независимо к аналогичным выводам. Т. сообща с аспирантами Колумбийского университета построил работающий аппарат в декабре 1953 г. и назвал его мазер сокращение от английского выражения microwave amplification by stimulated emission of radiation: микроволновое усиление с помощью индуцированного (стимулированного) излучения. В первом мазере молекулы аммиака проходили посредством электрические поля специальной конфигурации, которые отталкивали молекулы, находящиеся в основном состоянии, и фокусировали возбужденные молекулы в резонансной полости. Когда в полости накапливалась достаточная концентрация возбужденных молекул, становилась возможной осцилляция. Небольшая доля излучения нужной частоты (с энергией фотона, равной разности между основным и возбужденным состояниями у молекулы аммиака) может побудить лавинообразный подъем индуцированного излучения, возбуждение ещё большего числа молекул, находившихся в основном состоянии, и ещё большее возрастание этого излучения. В результате получается здоровый усилитель излучения. Разность энергий в основном и возбужденном состояниях у молекулы аммиака определяет энергию выделяющихся фотонов и, следственно, частоту, которая в данном случае лежит в микроволновом диапазоне.

Вскоре выяснилось, что мазеры обладают до того стабильной частотой, что могут служить высокоточными часами. С помощью двух мазеров Т. и его коллеги проверили и подтвердили специальную теорию относительности Эйнштейна, причем эту проверку позже назвали наиболее точным физическим экспериментом в истории.

Во время своего творческого отпуска в Париже в 1956 г. Т. сообща с коллегами показал в Парижском университете, что действо мазера разрешается осуществить с помощью процесса из трех уровней в некоторых твердых кристаллах, содержащих примеси. Излучение подходящей частоты может зажечь атомы примесей до самого высокого из трех уровней. Затем эти атомы, потеряв доля своей энергии, оказываются пойманными сравнительно стабильным промежуточным энергетическим состоянием. Затем к действию мазера и выделению излишней энергии в виде излучения добавляется скачок из промежуточного в основное состояние, сопровождающийся усилением входного излучения той же частоты. В таковый системе к физическому носителю мазера следует прикладывать энергию большей частоты (с больше короткой длиной волны), чем усиливаемая, потому как атомы нужно пробудить до больше высокого, третьего, уровня. Вскоре мазер стал исполнять образ высокочувствительного усилителя с низким уровнем шума для приема микроволн во многих различных системах. Так, к примеру, в радиоастрономии он позволил распознавать радиоисточники на огромных расстояниях от Земли.

В 1958 г. Т. и его шурин Артур Л. Шавлов сформулировали требования, которые необходимо исполнить, чтобы выстроить мазер, функционирующий в больше высокочастотной области, соответствующей инфракрасному, видимому и ультрафиолетовому свету. Два года через америкосский физик Теодор Мейман построил таковый аппарат, излучавший алый свет, в котором в качестве резонансной полости использовался стержень из искусственного рубина с зеркальными концами, а возбуждаемыми атомами служили атомы хрома, вкрапленные в рубин. Этот агрегат назвали лазером от английского выражения light amplification by stimulated emission of radiation световое усиление с помощью индуцированного (стимулированного) излучения. Дальнейшее формирование лазеров носило лавинообразный нрав, приведя к образованию новой области, получившей наименование квантовой электроники. Ныне лазеры используются в связи, машиностроении, медицине, инструментальных и измерительных приборах, в искусстве и в военных областях.

Т: поделил в 1964 г. Нобелевскую премию по физике с Николаем Басовым и Александром Прохоровым за фундаментальную работу в области квантовой электроники, которая привела к созданию осцилляторов и усилителей, основанных на мазерно-лазерном принципе.

С 1959 по 1961 г. Т. был вице-президентом и директором по науке Института оборонных исследований, занимающегося вопросами обороны, стратегии и системами вооружений. В 1961 г. он занял пост проректора и профессора физики Массачусетского технологического института, а в 1966 г. был назначен университетским профессором физики в Калифорнийском университете в Беркли, где и работает в этом качестве и поныне.

Во время службы в Институте оборонных исследований Т. продолжал активно участвовать в вопросах разработки научной политики, в работе многочисленных местных и правительственных комитетов. В Калифорнийском университете Т. и его коллеги в области инфракрасной и микроволновой астрономии открыли первые многоатомные молекулы в межзвездном пространстве, а как раз молекулы аммиака и воды. Он кроме того ввел новые современные методы инфракрасного детектирования, использующие лазерные осцилляторы, в астрономическую спектроскопию и интерферометрию. Эта служба привела к созданию в 1987 г. системы передвижных инфракрасных телескопов, которая, по словам Т., позволит различить в 100 раз больше деталей, чем обыкновенный радиотелескоп.

Т. был членом правления Солковского института биологических исследований с 1963 по 1968 г. и компании Рэнд корпорейшн в 1965...1970 гг. Он являлся членом научно-консультативной группы ВВС США с 1958 по 1961 г. и возглавлял Научно-технологический консультативный комитет по полетам человека в космос при НАСА с 1964 по 1969 г. В 1969 г. он член Президентской группы по национальной научной политике, в 1971...1973 гг. академический советник компании Дженерал моторе.

В 1941 г. Т. женился на Фрэнсис Браун. У них четыре дочери. Любитель-натуралист, Т. увлекается музыкой, языками, подводным плаванием и путешествиями.

Кроме Нобелевской премии, Т. получил премию Комстока американской Национальной академии наук (1959); медаль Стюарта Баллантайна Франклиновского института (1959, 1962); премию по электронике Дэвида Сарноффа Американского электротехнического института (1961); медаль Джона Карти американской Национальной академии наук (1962); почетную медаль за общественную занятие, присуждаемую НАСА (1969); международную золотую медаль Нильса Бора Датского общества инженеров строителей, электриков и механиков (1979) и Национальную медаль За научные достижения Национального научного фонда (1982). Он член американской Национальной академии наук, Института инженеров по электротехнике и электронике, Американской академии наук и искусств, Американского философского общества и Американского астрономического общества. Является иностранным членом Лондонского королевского общества. Он получил почетные ученые степени от больше чем двадцати колледжей и университетов и является членом редколлегий журналов Ревью оф сайентифик инструменте (Review of Scientific Instruments), Физикал ревью (Physical Review), Джорнэл оф молекуляр спектроскопи (Journal of Molecular Spectroscopy).

Так же читайте биографии известных людей:

Чарльз Непир

Непир Чарльз (1786-1860). Адмирал португальского и английского флотов Непир отличился во многих сражениях, однако в историю вошел неудачей кампании..
читать далее →

Чарльз Рэй Charles Rey

Американский музыкант, автор более 70 студийных альбомов, один из известнейших в мире исполнителей музыки в стилях соул, джаз и ритм-энд-блюз.
читать далее →

Чарльз Межер Charles Mesure

Чарльз Межер - популярный британский актер. Родился 12 августа 1970 года.Наибольшую известность и популярность принесли Чарльзу Межеру роли в таких..
читать далее →

Чарльз Адельман Charles Adelman

Чарльз Адельман - американский режиссер, продюсер, оператор и сценарист. Родился 31 августа 1976 года.Чарльз Адельман известен по таким фильмам как:..
читать далее →

Ваши комментарии

добавить комментарий