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美国加州大学伯克利分校太空科学研究实验室(Space Science Laboratory, University of California at Berkeley)是不同于另一网友写的劳伦斯-伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory) ,它建立于1958年,其主要研究方向包括与太空技术相结合的物理学、生命科学以及工程技术等,在宇宙探测领域也有着丰富的经验。探空技术研究室、宇宙环境探测研究室等研究单元,每年只在新生录取日向公众敞开大门。
一下车, 我们就受到了实验室工作人员的热烈欢迎,班车上大多数人便参加了实验室步行团。导游在大楼外介绍了太空实验室的历史、和美国国家航空航天局NASA经费来源、以及基本运作情况后,便带我们入大楼内参观一个大房间,我们认真聆听了这科研实验室参与了哈勃空间望远镜(Hubble Space Telescope)规划设计及建造的过程, 接着, 我们经过这曾在1983和1991年上过太空的物体, 观看了这个参与卫星科学实验摇控操作中心,及宇宙化学实验室。还看到了卫星运行时间表和储存月球样品室。
最后,我们停在这诺贝尔奖得主的办公室前。门牌写上查尔斯·哈德·汤斯名字. 导游道汤斯先生现已有97岁高龄还继续打的上班,分享了汤斯得诺贝尔的过程也是科学史上又一件带浪漫色彩的故事:
查尔斯·哈德·汤斯(Charles Hard Townes) 汤斯生于1915年是一位律师的独生子。1935年以优等成绩毕业于故乡的福曼Furman大学。他在杜克Duke大学获得硕士学位,然后去西部深造,于1939年在加利福尼亚理工学院Caltech获得博士学位。在第二次世界大战期间以及战后的几年中,他在贝尔实验室(Bell Laboratories)从事雷达投弹系统的设计工作。1948年他遂进入哥伦亚大学Columbia物理系。1950年起在那里就任正教授。 雷达技术涉及到微波的发射和接收,而微波是指频谱介于红外和无线电1951年的一个早晨,汤斯坐在华盛顿市一个公园的长凳上等待饭店开门,以便去进早餐。这时他突然想到,如果用分子,而不用电子线路,不是就可以得到波长 足够小的无线电波吗?分子具有各种不同的振动形式,有些人发子的振动正好和微波波 段范围的辐射相同。问题是如何将这些振动转变为辐射。就氨分子来说,在适当的条件下,它每秒振动24,000,000,000次,因此有可能发射波长为1.25厘米的微波。他设想通过热或电的方法,把能量泵入氨分子中,使它们处于“激发“状态。然后,再设想使这些受激的分子处于具有和氨分子的固有频率相同的微波束中---这个微波束的能量可以是很微弱的。一个单独的氨分子就会受到到这一微波束的作用,以同样波长的数波形式放出它的能量,这一能量双继而作用于另一个氨分子,使它也放出能量。这个很微弱的入射微波束相当于起立脚点对一 场雪崩的促发作用,最后就会产生一个很强的微波束。最初用来激发分子的能量就全部转变为一种特殊的辐射。 汤斯在公园的长凳上思考了所有这一切,并把一些要点纪录在一只用过的信封的反面。1953年12月,汤斯和他的学生终于制成了按上述原理工作的的一个装置,产生了所需要的微波束。这个过程被称为“受激辐射微波放大”。按其英文的首字母缩写为 M.A.S.E.R,并由之造出了单“maser}(脉泽)(这样的单词称为首字母缩写词,在技术语中越来越普遍使用)。脉泽有许多有趣的用途。氨分子的振动稳定而精确,用它那稳定精确的微波频率,可用来测定时间。这样,脉泽实际上就是一种“原子钟”,它的精度远高于以往所 有的机械计时器。 脉泽还可以用来向不同的方向发射微波束。如果以太存在的话,那末地球在以太中运动,于是频率将随方向而变化。1960年1月做了这个试验,结果是波长没有 发生变化。这个实验的精度是前无先例的,能测出小到10^-12的相对频率偏差,这更确凿地证实了七十多年前迈克耳孙-莫雷的实验结果,这个实验以及当时发现不久的穆斯堡尔效应,都证实了爱因斯坦的相对论理论。 汤斯意识到,若用固体分子来替代氨分子,根据肖克利所建立的固体和新概念,用途更广泛的装置也能制成。在五十年代后期,汤斯和其他一些科学家确实制成了固体脉泽。这种脉泽在放大微波信号时所造成的随机辐射(“噪声”)比以往的任何放大方式都低得多,这意味着它对极微弱信号的放大远比其它已知的方法更为有 效。1960年,用这种方法放大了从皮尔斯的“回声I号”卫星射到金星后又射回来的几乎消失殆尽的微弱信号。1957年,汤斯开始思索设计一种能产生 红外或可见光---而不是微波---脉泽的可能性。他和他的姻弟在1958年发表了有关这方面的文章。1960年,梅曼首先制成了这样的器件---用一根红宝石棒产生间断的红光脉冲。这种光是相干的,也就是传播时不会漫散开,几乎始终保持成一窄束光。即使将这样的光束射到二十多万英里之外的月球上,光点也只 扩展到一、二英里的范围。它的能量耗损也很小,这样,人们就自然想到向月球表面发射脉泽束,以绘制月面地形图,这种方法远比以往的望远镜有效得多。大量的 能量聚集在和很窄的光束中,使它还能用于医学(例如在某些眼科手术中)和化学分析,它能使物体的一小点汽化,从而进行光谱研究。 这种光比以往产生的任何光具有更强的单色性。光束中的所有光都具有相同的波长,这意味着这种光束经调制后可用来传送信息,和普通无线电通信中被调制的无线 电载波几乎一样。由于光的频率很高,在给定的频带上,它的信息容量远大于频率较低的无线电波,这就是用光作载波的优点。可见光脉泽称为“光脉泽”或“莱塞”(laser),它是来自“受激辐射光放大”英文全称的首缩词。莱塞又称激光。为此,汤斯荣获了1964年诺贝尔Nobel Prize物理学奖,同时获奖的还有普科Basov和巴索夫Prokhorov,他们也独立地完成了这方面的理论工作。*
参观实验室给我展现宇宙科学研究实验室的方方面面,我获益匪浅,步行团结束时团大多数人报以了热烈的掌声。在乘车下山时, 我想大多数人都希望自己拥有一个清闲的晚年,不过对于他们这种诺贝尔奖得主类人来说继续探索、发现,并以自己的成就造福世人的快乐要远胜于获得荣誉或拿工资所带来的快乐。后序: 美国加州大学伯克利分校曾培养有70名诺贝尔奖得主者,他们在校园內有专用停车位。