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。"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。你的看法怎麽样?"
"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器竞赛的枢纽上。
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。"
"什麽,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。
这个扭转核武竞赛的汤斯教授是谁啊?
他是----雷射的发现者。
一九六四年诺贝尔物理奖得奖人。
美国太空总署(NASA)
阿波罗登陆计划的首席顾问
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,汤斯生于美国南卡罗莱纳州的格林威尔。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象空间。 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,除了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麽是我一生最重要的事?我对什麽都有兴趣,但是信仰帮助我看出什麽是重要的。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,忽然著名的加州理工学院收他,并给他奖学金。 汤斯写道:"我的求学生涯遇到很多挫折,但是我象一部压路机,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,事情怎麽会失败至此?'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,他是我的力量。'" 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,写信到几所大学申请教职,却都石沈大海。当时开采石油可以带来大笔的利润,使地质系成?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,也不去石油公司看地层图。" 忽然,贝尔电话实验室通知他爱雇,学物理的去搞电话?太不象话! 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公分的微小导弹器。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徵波电子学,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徵波。因此他建言,轰炸机在空袭日本与太平洋时,因为那里的空气比较潮湿,1.5公分波长的微小侦测器,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。"他建议发展更短的徵波器,但是贝尔公司不感兴趣。

一九四七年哥伦比亚大学聘请汤斯担任教职,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。一九六零年,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。

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任教,他开始教"天文分子学",利用微波探测宇宙的物质,这是近代研究宇宙学的重要技术。 过去的科学家认?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。"

汤斯实在有够"铁齿",他将银河系传来的微弱讯号利用徵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,早该会凝聚成什麽生命体?" 汤期继续观测,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108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~-203度)之间,所有的分子几乎处在静止不动的状态下,所以是不可能产生生命的。"

宇宙生命的探索

汤斯写道:"有人认为生命是象矿物的结晶,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的摆在'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,宇宙这麽大,一兆兆个星球里,总会有生命的几率吧?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是什麽,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概率是没有意义的。"

"如果生命是一个奥秘,那麽科学家在宇宙间寻找什麽?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,而是人类为什麽这麽关心他的起源?"

"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,汤斯在研究教学之余,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。

本文采至张文亮教授的《我看到大山小山在跳舞》- 科学大师的求学 、恋爱与理念之(三)。