激光的故事——查爾斯·湯斯

1、 激光的故事查爾斯·湯斯 2002年11月21日 主持人：會當(dāng)凌絕頂，一覽眾山小，圣凱諾·世紀(jì)大講堂。在去年的3月份的時候，我們曾經(jīng)請過一位年紀(jì)非常大的嘉賓，他就是楊振寧，他當(dāng)時是79歲。后來我們又請了一位中國科學(xué)院的資深院士，叫柯俊，他當(dāng)時是85歲。今天，主持人阿憶給大家來請來了美國加州大學(xué)伯克里分院的教授，他是查爾斯·湯斯，他的年齡是87歲，1915年生人，他給我們帶來的主題講演是激光的故事因?yàn)檎撬?，為我們這個世界帶來了激光器，我們掌聲歡迎他。 歡迎。 這是大家熱烈的掌聲在歡迎您，因?yàn)槟h(yuǎn)道而來。 好，我現(xiàn)在給大家介紹一下，查爾斯·湯斯是一位什么樣

2、的科學(xué)家。查爾斯·湯斯，他是實(shí)驗(yàn)和理論物理學(xué)家，剛才我已經(jīng)說過了，1915年生人，他24歲的時候，獲得了加州理工學(xué)院博士學(xué)位，當(dāng)即進(jìn)入貝爾實(shí)驗(yàn)室，直至1947年，說到這呢，我的第一個問題就出現(xiàn)了，我們知道貝爾實(shí)驗(yàn)室是1925年建立起來的，然后呢，30年代的集成電路芯片，四十年代的這種“蜂窩”的概念，致使貝爾實(shí)驗(yàn)室成為蜂窩電話的鼻祖。50年代，它又推出了咱們現(xiàn)在非常喜歡的電腦音樂。60年代，它又出現(xiàn)了半導(dǎo)體的激光器。 我們也知道，后來90年代末期的時候，有兩位我們特別熟悉的諾貝爾獎的華裔得主，一個是朱棣文，一個是崔琦，他們也曾經(jīng)年輕的時候，在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作過，我這個問題就是，湯斯先生那

3、么年輕進(jìn)了貝爾實(shí)驗(yàn)室，是不是當(dāng)時就懷著遠(yuǎn)大志向，要發(fā)明出自己特別好的技術(shù)。想沒想到，我就是要拿諾貝爾獎？發(fā)明出自己特別棒的技術(shù)？ 湯斯：不，我不是為了獲得諾貝爾獎而工作的，它不是我的目的。為了獲得認(rèn)可和獎金而工作是一種錯誤。工作是為了做好某件事情，你的工作可能會得到認(rèn)可，可能你會得到獎勵，但是如果你是為了獲得諾貝爾獎而工作的話，那么可能你就會走入歧途。 主持人：下面馬上就由湯斯先生給我們帶來估計(jì)是特別精采的講演報告，這個報告的名字也非常通俗，叫做激光的故事有請。 湯斯：我將談一談激光，關(guān)于它如何產(chǎn)生的，即“激光的故事”。我首先給大家一個一般的概念。科學(xué)就是人們試圖了解萬事萬物，如整個宇宙是什么

4、樣，我們自己又是怎樣的。我們總是想了解所有的這一切，這樣我們就滿足了人類的好奇心，包括對于萬事萬物的原理和我們自己本身的奧秘。這就是科學(xué)。而技術(shù)則是用這種知識來做對人類有益的事情。這就是技術(shù)。我們了解得越多，我們就可以做得更多?？茖W(xué)和技術(shù)聯(lián)系得非常緊密，他們之間相互作用，所以讓兩者結(jié)合是非常重要的。但是科學(xué)能對技術(shù)做出什么貢獻(xiàn)，通常是不可預(yù)見的。因?yàn)榭茖W(xué)發(fā)現(xiàn)是發(fā)現(xiàn)新事物。在我們發(fā)現(xiàn)它們之前，我們無法知道它們是什么和它們能做什么。激光就是這樣。沒有人會計(jì)劃制造一臺激光器，因?yàn)闆]有人能想到，它可能產(chǎn)生出激光。 我一會兒再給大家解釋這一點(diǎn)。但是首先我想談一下，什么是激光？激光是利用分子或者原子的能量

5、來放大光。分子可以位于低能級，就像這樣。也可以處于高能級。如果說一個光子或光照射進(jìn)來而分子處于低能級，那么分子就從光那里獲得了能量。但是如果這個分子能級較高而光照射進(jìn)來，它就將激發(fā)這個分子，使這個分子能級下降并將能量給了光，結(jié)果光的能量增加了，就像從分子那里獲得了能量。這就是我們所說的受激輻射，既分子在高處，光進(jìn)來激發(fā)它，分子就放出能量，躍回低能級并將能量給了光。這就是受激放大，也就是受激輻射。所以激光就是受激輻射的光放大。只要有許多分子處于高能級，有合適的能量，光照射后就會激發(fā)分子并從其獲得能量，光就得到了放大，變得更強(qiáng)。 這就是整個的過程。這個過程是由愛因斯坦發(fā)現(xiàn)的，愛因斯坦認(rèn)識到光可以激

6、發(fā)分子使其放出能量，即受激輻射。1917年愛因斯坦提出了這個理論，但是沒有人認(rèn)為它在技術(shù)上有什么用。 激光實(shí)際上來自用微波對分子進(jìn)行研究。我們叫它微波光譜學(xué)，即微波研究分子的學(xué)科。我做這個研究，是因?yàn)槲以谪悹枌?shí)驗(yàn)室工作。我的老板要我作一個關(guān)于雷達(dá)方面的研究。這是在二戰(zhàn)期間。貝爾實(shí)驗(yàn)室認(rèn)為開發(fā)雷達(dá)系統(tǒng)非常重要，安排我在這個方面做研究。這是工程，我不想做工程，我只想做科學(xué)。但這是在戰(zhàn)爭期間，我們每個人都得出力。所以我必須做雷達(dá)的研究。但這項(xiàng)工作后來對我非常重要。我對雷達(dá)有了非常多的了解。當(dāng)我對雷達(dá)有更多的了解的時候，我意識到其中一些雷達(dá)波會被空氣中的水蒸氣吸收。我們發(fā)射出雷達(dá)束，波長大約為1.25

7、厘米的那一部分就會被水蒸氣吸收，所以我對此進(jìn)行了仔細(xì)的研究，意識到微波和分子之間的相互作用可以讓我們非常精確地測量分子和原子的光譜。我們把這叫做微波光譜學(xué)。戰(zhàn)爭之后，我說服我貝爾實(shí)驗(yàn)室老板，讓我來做分子微波光譜學(xué)的研究。正是從這個領(lǐng)域中，最后誕生了激光。 我可以肯定地說激光是從這個領(lǐng)域中誕生的，因?yàn)橛袃蓚€在莫斯科的俄國人跟我有類似的想法，也和我一起獲得了諾貝爾獎，他們也是在微波光譜學(xué)方面進(jìn)行研究。 另外還有一個人是在馬里蘭大學(xué)從事微波光譜學(xué)研究的，他也有這樣的想法。所以說，從這個領(lǐng)域中誕生了如何制造強(qiáng)光的想法。 我一會兒會給大家講激光是如何誕生的，但現(xiàn)在讓我來談一下激光本身。激光器能作什么呢？

8、它可以產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的光，對光進(jìn)行放大。在加利福尼亞，人們制造的激光束有一千兆瓦。一千兆瓦，比美國用的所有的動力都要多。但這束光只持續(xù)很短的時間，百萬分之一秒。這是非常短脈沖的光，但非常強(qiáng)。而且可以聚焦在我們看不見的一微米大小的尺度上，即一厘米的萬分之一。所以說一千兆瓦可以聚焦到比你能看見的任何物體都要小的面積上。這是極大的能量聚集。 激光器也可以產(chǎn)生出非常微弱的受控光，它可以聚集在一個細(xì)胞上，把這個細(xì)胞完整的取出來放在另外一個地方。我們把它叫激光鑷子，這是非常非常輕柔的激光。當(dāng)然你們也知道激光可以用在商店收銀臺處，進(jìn)行掃碼，告訴你要交多少錢。激光在記錄和讀取信息方面也非常重要，在計(jì)算、記錄和讀

9、取信息方面非常重要。在一束激光中我們可以放入大量的信息，這可以是非常寬帶的信息。原則上來講，我們可以把美國所有的電視臺、電話和無線電臺放在一束激光中。這在通訊方面來講太棒了。激光現(xiàn)在特別用于光纖中進(jìn)行長途通訊，這是一個非常大的產(chǎn)業(yè)。 激光還可以進(jìn)行切割，它是很鋒利的光束。它可以切割最硬的東西，可以切割鉆石，還可以用于汽車制造。它也可以是非常短的脈沖，可以短到一飛秒。這些非常短的脈沖可以蒸發(fā)掉你手上的一小塊皮膚而不燒傷你的手，因?yàn)槊}沖極短。這在醫(yī)藥界和工業(yè)界都非常重要。激光可以精確地測量距離，我們可以向月球發(fā)射一束激光，反射回來后測量從地球到月球的時間，我們測量得到月球的距離誤差可以精確到2厘米

10、。在加州理工學(xué)院，人們正在做實(shí)驗(yàn)來衡量引力波，一共是4公里的距離。他們認(rèn)為，他們的測量可以精確到10的20次方分之一秒，也就是一億兆分之一秒。這就是它的精確度。但更有趣的是激光測量這四公里可以精確到一個原子大小的萬分之一。這是激光可以達(dá)到的精確度。激光可以做很多很多事情，這真是出乎意外。一個典型的新發(fā)現(xiàn)。這就是科學(xué)如何幫助技術(shù)發(fā)展。它導(dǎo)致了極大的技術(shù)進(jìn)步。 現(xiàn)在我給大家談一下在這一領(lǐng)域開始發(fā)展時遇到的一些問題。為什么從1917年愛因斯坦提出受激輻射到1958年我們寫出關(guān)于激光的論文，花了40年之久。40年呀。部分原因是因?yàn)槿藗冊诔煌姆较蛩伎?。研究量子力學(xué)的試圖了解量子力學(xué)。出現(xiàn)了不確定原

11、理之后，所有的物理學(xué)家都對這種原理激動萬分。人們總是被自己的想法約束住。他們總是沿著自己的思路走?？梢哉f剛開始我也是這樣的，被熱力學(xué)的思路所引導(dǎo)。 我為自己對熱力學(xué)的了解感到自豪。熱力學(xué)原理會阻止分子發(fā)出高強(qiáng)度的微波。但實(shí)際上我錯了，因?yàn)榉肿硬槐刈裱瓱崃W(xué)定律。我的想法確定以后對自己說，了解和應(yīng)用一般原理當(dāng)然好，但我把它用過頭了。那個時候，其他的物理學(xué)家把不確定原理應(yīng)用的過頭了。我所在的系有一個叫托馬斯的教授，它發(fā)現(xiàn)了量子力學(xué)中的托馬斯效應(yīng)。他一直告訴我，不，你那樣做不可能造出好的振蕩器，它不能發(fā)出單純的頻率。你不明白，它不可能產(chǎn)生純的頻率。他談的是不確定原理。一束分子通過一個腔，并在腔中進(jìn)行

12、振蕩。分子在腔中的時間很短。而不確定原理說，你在這么短的時間內(nèi)不可能測量分子的頻率，所以你錯了。你不懂。但我想我懂。我仔細(xì)地研究了這些方程。當(dāng)然了，當(dāng)有人對你質(zhì)疑時，你要仔細(xì)地思考你是否真的是正確的。如果你非常確信你是正確的，他們是錯的，那非常好。我認(rèn)為我是對的。我們制造出了微波振蕩器。就是在它成功之后，我們發(fā)現(xiàn)它的頻率非常純。我們又制造出了一臺微波激射器，這樣我們就有兩臺了，它們的頻率非常接近。我們讓它們一起振蕩，它們的頻率大約是300億赫茲，即每秒振蕩300億次。我們也讓它們做拍頻振蕩結(jié)果產(chǎn)生了一個500赫茲的頻率，如果我們把它放在無線電頻率上播放的話，我們可以用耳朵聽到。幫助我建立第二臺

13、激光器的人叫王明。他是中國人，后來又回到了中國。他幫助我建立了第二臺微波發(fā)射器并證明它的頻率非常純。我做到了。在我的學(xué)術(shù)休假期我訪問了丹麥，并同尼爾斯?玻爾談及此事。尼爾斯?玻爾是一個非常著名的物理學(xué)家，你們知道，他幫助發(fā)現(xiàn)和發(fā)展了量子力學(xué)。他問我現(xiàn)在干什么？我就告訴他振蕩器的事情。他說：不，你一定搞錯了，它不可能產(chǎn)生一個純的頻率。一定有什么地方弄錯了。而我說：是的，它產(chǎn)生了。我們已經(jīng)證明它沒問題，而且我們知道它能產(chǎn)生很純的頻率。他說：一定有些奇怪的事情。然后他就不再追問了。后來在普林斯頓大學(xué)的一個會議上，我遇到了另一個著名的教授，馮諾依曼教授，他是杰出的數(shù)學(xué)物理學(xué)家。他問我在干什么？我告訴了

14、他。他說：不，那樣不行，因?yàn)樗荒墚a(chǎn)生純的頻率。我說：你們的思路集中在不確定原理上，而沒有考慮到這樣一個事實(shí)，那就是受激輻射一定是互相干涉的。其他的物理學(xué)家已經(jīng)證明了這一點(diǎn)，但沒有人給予足夠的重視。而我可以用一個方程來證明它。馮諾依曼教授說：不，它不可能正確。我說：不，它是對的。后來他就離開了。十五個以月后，他回來對我說：是的，你是正確的。 所以了解情況，特別是不要拘泥于你的慣性思維，這是一個非常重要的方面。另一個重要的方面是我受過一些工程訓(xùn)練。當(dāng)我同工程師談起振蕩器時，他們說：嗯，嗯，分子產(chǎn)生了放大，對，當(dāng)然了，頻率將非常純。他們認(rèn)識到，在反饋的幫助下，分子進(jìn)入空腔并放出輻射?？涨挥謱⑤椛浞?/p>

15、回給分子，這就叫反饋。他們知道在電子工程上的反饋振蕩器。但他們不懂量子力學(xué)。那個時代的工程師不懂量子力學(xué)，所以他們不知道這些分子的行為方式，但他們知道它能產(chǎn)生純的頻率。物理學(xué)家懂量子力學(xué)，但他們對工程不是很敏感。而從事微波光譜學(xué)的人必須既懂工程，微波工程，又懂量子力學(xué)，這就是為什么激光誕生于微波光譜學(xué)。我已經(jīng)提到了微波的一些應(yīng)用，對于這些應(yīng)用我也寫了一些文章。盡管我們已經(jīng)發(fā)表了關(guān)于激光的論文，甚至激光器已經(jīng)被制造出來，我的許多朋友還是沒有看到它們的應(yīng)用。他們習(xí)慣于跟我開玩笑說：這個發(fā)明不錯，但它是一個到處尋找應(yīng)用的發(fā)明。它能做什么呢？它還在到處尋找它的應(yīng)用。激光是非常新，它改變了一切。一些人看

16、不見它的用途，但我知道它有用，因?yàn)樗央娮訉W(xué)和光學(xué)結(jié)合在一起。電子學(xué)和光學(xué)都有許許多多的用途。激光把電子學(xué)和光學(xué)結(jié)合在一起，一定能產(chǎn)生很多用途，我可以預(yù)見到。我可以馬上預(yù)見到的一個用途是通訊。采用激光，通訊將會非常強(qiáng)大。我也可以預(yù)見到其它一些用途。我想它也許有一些醫(yī)學(xué)的用途，而且我寫了一篇文章。一個醫(yī)生想與我共同寫一篇關(guān)于激光在醫(yī)學(xué)上可能應(yīng)用的論文。我們寫了一篇文章，我們沒有提到激光在醫(yī)學(xué)中的一個重要的應(yīng)用，就是將脫落的視網(wǎng)膜再植。將一束激光射入眼球中，視網(wǎng)膜脫落的位置，它就會被再植。手術(shù)幾乎不需要麻醉劑，非常迅速，并且可以完全根治脫落的視網(wǎng)膜。我在這篇文章沒有談到此事，因?yàn)槲覐奈绰犝f過視網(wǎng)膜

17、脫落，所以我怎么能預(yù)見它呢？但應(yīng)用的人看到了它的可能性,這是激光在醫(yī)學(xué)方面最早的應(yīng)用之一。我對這一點(diǎn)感到滿意和振奮。一些人到我這來說，你知道嗎？激光治好了我的失明。它讓我重見光明?，F(xiàn)在我提到了一些在工業(yè)和醫(yī)學(xué)方面的用途。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，它有許許多多的用途。它可以被用作外科手術(shù)工具，它可以切割和縫合血管，它可以非常好的切開并且很好的縫合血管。有各種各樣的醫(yī)學(xué)用途,當(dāng)然，在工業(yè)上，這是一個非常大的產(chǎn)業(yè)。這個產(chǎn)業(yè)非常大并且它還在不斷地增長。我常說激光還處于青春期。我們看到激光是非常靈巧的，它能做很多事情，并且已經(jīng)做了一些事。它還會長大，它還會做很多我們目前所想不到的事情，所以激光還處于青春期。我們知道它

18、能做很多事情，但這僅僅是一個開始，它還要成長壯大。而且你們當(dāng)中的一些人將會決定激光還能做些什么。開發(fā)新用途，發(fā)明新用法，完善激光的使用。現(xiàn)在有很多類型的激光，許多人對激光做出了貢獻(xiàn)。激光是在科學(xué)家集體的貢獻(xiàn)下成長起來的，所以有不同種類的激光。他們有許多科學(xué)和技術(shù)方面的應(yīng)用，在科學(xué)方面它是一個非常好的工具。我就在光譜學(xué)中用這個工具。一個德國的物理學(xué)家海因茨測量了氫原子的頻率，其精確度可以達(dá)到千兆分之一。這非常精確了。以至于我們可以指望用它來測量一些物理常數(shù)，看看這些常數(shù)一年中是否發(fā)生變化。人們認(rèn)為這些物理常數(shù)在宇宙的一生中可能一直在改變。如果事實(shí)是如此的話，現(xiàn)在我們就可以在一年的時間里看出這些變

19、化。激光可以測量極短的時間，我的一個朋友在用激光觀察分子的反應(yīng)，可以在極短的時間內(nèi)對它們進(jìn)行測量。在分子的反應(yīng)過程中你可以觀察分子，他因此獲得了諾貝爾獎。實(shí)際上，從第一個在這方面獲諾貝爾獎以來，又有12個諾貝爾獎授予了那些把微波激射器和激光器用作科學(xué)工具的人們。 現(xiàn)在我仔細(xì)來談一談科學(xué)給我們帶來的驚喜。我們進(jìn)行探索，還會發(fā)現(xiàn)什么，我們永遠(yuǎn)不知道。這是不可預(yù)測的。但我想提及另外一種發(fā)現(xiàn)，它也使驚喜，讓我們更多地了解激光器和微波激射器。當(dāng)我開始研究天文學(xué)的時候，我想在微波領(lǐng)域進(jìn)行天文學(xué)的研究。早期和我工作的一個學(xué)生叫阿爾伯特陳，也是一個中國人，他住在香港。他來和我一起工作，他同意用微波來尋找空間中

20、的分子。他發(fā)現(xiàn)了空間中的第一個復(fù)雜分子，這，開創(chuàng)了天文學(xué)中的一個很重要的領(lǐng)域。除此之外，他還發(fā)現(xiàn)了太空中的第一個微波激射器，第一個空間中自然的微波激射器，數(shù)量很多。我們現(xiàn)在知道，太空中自然產(chǎn)生的微波激射有100多種不同類型。它們存在已經(jīng)有幾十億年了。太空中還有激光器，激光器在太空中產(chǎn)生光和紅外線。早在20世紀(jì)30年代，我們就可以用當(dāng)時的技術(shù)探測那些微波激射器和它們發(fā)出的輻射。因?yàn)樗鼈兪窃谖⒉▍^(qū)域很強(qiáng)的光束。如果我們再大膽一些，再好奇一些，我們在20世紀(jì)30年代就可以探測到來自太空的無線電波了。但是人們當(dāng)時沒有那么做，我們還沒有發(fā)明出微波激射器和激光器。太空激射器幾十億年前就存在了。如果我們早發(fā)

21、現(xiàn)了它們的存在，我們就會問自己，為什么有這么強(qiáng)的光呢？我們會對此進(jìn)行思考，人們會說：啊，因?yàn)榉肿邮艿搅思ぐl(fā)，光被放大，也許我們在地球上也可以做到。這樣通過研究來自太空的微波，我們就有了另一種途徑來發(fā)現(xiàn)非常非常亮的光源，那就是另外一種驚喜了。 現(xiàn)在你們已經(jīng)聽到了這個有趣而復(fù)雜的故事。很有趣，我覺得我很幸運(yùn)。做科學(xué)工作很好。這也是為什么我建議你們想想你們喜歡干什么。我喜歡做研究發(fā)現(xiàn)新事物。你們最喜歡做什么呢？你們會不會也認(rèn)為那是很重要的？這樣你就會有很多的樂趣并盡力做得最好。祝你們好運(yùn)。 主持人：好！謝謝87歲的老爺爺，給我們帶來了這么好玩兒的關(guān)于激光的故事，下面咱們看一下，來自鳳凰網(wǎng)站的網(wǎng)友對您

22、的提問。 第一位網(wǎng)友叫做“扭曲的房間”，他說聽說日本的日亞化學(xué)工業(yè)公司，從四月起已率先進(jìn)行了紫色半導(dǎo)體激光器的批量生產(chǎn)，他計(jì)劃是月產(chǎn)十萬只，這種激光器可以作為新一代DVD的寫入裝置，因而引起了家電行業(yè)的廣泛關(guān)注，湯斯先生能否告訴我，激光怎么能讓我們看VCD和DVD呢？而日本人把這種紫色的半導(dǎo)體激光器用于DVD和現(xiàn)在的DVD有什么不一樣嗎？ 湯斯：是的，確實(shí)激光這方面用的時間非常長，進(jìn)行光盤寫入。人們把激光聚焦并形成脈沖，就可以獲得每秒很多很多的脈沖，所以激光就可以產(chǎn)生很多的信息，如果把這些脈沖打在一個盤上，這個脈沖會改變其中的化學(xué)成分和它的形狀，這就是說你記錄了這些脈沖，此后還可以在再把它們讀

23、出來。激光可以記錄你要的任何東西，就像照片一樣。照片就是在這個上面弄出來很多的點(diǎn)，后來這些點(diǎn)就組成了一些信息，然后你用光照上去，你又看到了它 。所以激光可以非常有效地用來寫信息和讀信息，特別是對大量的信息，這非常有效，而且節(jié)約空間。 主持人：另外這個網(wǎng)友他還問，他說，這個日本的紫色半導(dǎo)體激光器您聽說過嗎？ 湯斯：是的我聽說過?；旧先毡救怂龅木褪窃黾庸獾念l率，是它達(dá)到更高的頻率。在我們開始制造微波激射器的時候波長是1厘米，然后波長越來越短到了可見光區(qū)域。我們有可見光波長的微波激射器已經(jīng)有一段時間了，但大多數(shù)微波激射器都是紅光的。紅光的波長比藍(lán)光的波長長。人們想得到藍(lán)光波長，這樣做有幾種方法。

24、你可以增加紅光的頻率來得到藍(lán)光波長，這樣的激光器是非常強(qiáng)的，他們可以產(chǎn)生所謂的非線性效應(yīng)。所以你可以使這個頻率增加兩倍、三倍等等，達(dá)到更短的波長。這就是產(chǎn)生藍(lán)色甚至是X射線激光的一種方法之一。我認(rèn)為日本人制造了一種半導(dǎo)體可以直接產(chǎn)生藍(lán)光。從半導(dǎo)體中直接產(chǎn)生而不是使頻率加倍，這是一個重要的發(fā)現(xiàn)。這實(shí)際上是如何找到一種有足夠大的能級差的半導(dǎo)體，而且這個能級差適于產(chǎn)生這個頻率。這是一個重要的技術(shù)進(jìn)步，但是它沒有什么根本的改變。 主持人：好！接下來呢，下面現(xiàn)場觀眾朋友可以有什么問題直接跟湯斯先生聊聊？ 觀眾：湯斯先生您好，剛才您在報告中提到您想做科學(xué)不想做工程，然后我的問題就是，想問一下您認(rèn)為科學(xué)和工

25、程的區(qū)別是什么？還有就是，對于科學(xué)家和工程師，他們各自應(yīng)該具有什么特點(diǎn)，各自應(yīng)該具有什么素質(zhì)？這是我要提的第一個問題。第二個問題就是，您作為激光器的發(fā)明人，您對現(xiàn)在新型激光器它的研制和激光器的應(yīng)用，它們的前途，它們的前景有些什么展望？謝謝。 湯斯：我想第一個問題涉及我對工程的態(tài)度。工程是非常重要的，正如我早些時候所說，了解工程對于我來說非常重要。正因?yàn)槿绱?，有了微波激射器和激光器的發(fā)明，因?yàn)槲覍こ痰牧私獗饶莻€時候大多數(shù)的物理學(xué)家都多。但另一方面，我更喜歡作為一個科學(xué)家，進(jìn)行開放式的探索。工程是你想造出那些能夠幫助別人的東西等等。我曾作為一個系統(tǒng)工程師設(shè)計(jì)雷達(dá)，這很有趣。一些人非常喜歡它。我的

26、一個女兒是機(jī)械工程師，我對此感到很高興。工程很有趣，但我個人更愿意嘗試解決未知的謎團(tuán)，探索新事物。其他人會覺得設(shè)計(jì)和建造那些馬上對人們有用的東西，能給他們帶來滿足感。比如說設(shè)計(jì)一棟樓等等。工程和科學(xué)都是既有趣又有價值的。這取決于個人認(rèn)為哪個更有意思更有趣。我們可以從事任何一個，但是兩者之間總是有緊密聯(lián)系的。科學(xué)和工程是非常緊密聯(lián)系的。工程使用知識，有時工程也發(fā)現(xiàn)新知識?？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)新知識，有時也能知道工程是如何使用這些新知識。我相信大多數(shù)科學(xué)家都認(rèn)為工程是利用他們的新發(fā)現(xiàn)，這在某種程度上講是對的，但反過來也是這樣。讓我給你們舉個例子吧。我的一個學(xué)生和一個貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的工程師，被要求找出無線電和微

27、波噪音的來源，這在技術(shù)上很重要。工程師想知道噪音的來源以便降低噪音，這樣通訊能夠更好。他們對噪音進(jìn)行了仔細(xì)的研究，做了高質(zhì)量的工作，也做得很仔細(xì)。他們尋找噪音的來源，噪音來自于哪里？是什么？他們發(fā)現(xiàn)噪音來自天空所有方向，從天空所有方向都有均勻數(shù)量的噪音，它們是什么呢？他們發(fā)現(xiàn)了大爆炸，我們宇宙的起源。你看，這是一個非常基本的科學(xué)研究，即發(fā)現(xiàn)宇宙的起源。宇宙起源于大爆炸。大爆炸產(chǎn)生了很多能量，產(chǎn)生了微波和噪音。150億年前發(fā)生的大爆炸所遺留的微波至今還在那兒，還在不斷地來到地球。所以他們作為工程師卻解決了最重要、最基本的科學(xué)難題。他們也因此得到了諾貝爾獎。所以工程有時可以發(fā)現(xiàn)新的科學(xué)，科學(xué)有時也

28、可以發(fā)現(xiàn)重要的工程問題。兩者都非常重要，我認(rèn)為有一些人喜歡科學(xué)，有一些人喜歡工程，兩者我們都很需要。 主持人：激光未來的問題。 湯斯：我認(rèn)為激光的未來非常光明。我可以猜測可能完成的一些事。我們一定要增加激光的功率。人們估計(jì)我們能把激光功率增加一百萬倍以上，所以我們會從目前的千兆瓦增加到十億兆瓦，真是太棒了！它把我們帶到了物質(zhì)的新領(lǐng)域，這非常激動人心，也非常有趣。我也預(yù)測如果我們想同其它的星球進(jìn)行溝通，激光束可能是最好的辦法。我相信有可能制造出足夠強(qiáng)的激光束。如果有人用它在其它星球上朝我們照來，在晚上我們就可以用肉眼看到它。來，我們晚上出去看一看，哪兒在閃爍，就是告訴我們哪兒有人。實(shí)際上有很多天

29、文學(xué)家用望遠(yuǎn)鏡來得到更高的敏感度，尋找來自其它星球和生物的光波。激光越來越強(qiáng)有力，也越來越精確，我們可以用它來做很多新的科學(xué)研究。我就一直這樣做，我在天文學(xué)中用激光測量星星的大小，這是激光的另外一個新用途。還有許許多多的激光的用途。所以我說激光還很年輕，他們就像一個青少年。是的，我們知道他們是非常強(qiáng)有力的，我們還可以用它來做很多事情。它會繼續(xù)成長，幫助我們做很多事情，然后進(jìn)入老年期。我想我們發(fā)現(xiàn)了很多利用激光的方法。我認(rèn)為它們會繼續(xù)發(fā)展50年。不斷拓展應(yīng)用，人們會發(fā)明新型激光，更好的激光，更便宜的激光，更強(qiáng)有力的激光，更精確的激光等等。我很高興有這么多的人都在這方面進(jìn)行工作，拓展我們的知識。

30、主持人：好，謝謝！ 觀眾：教授你好，我是清華大學(xué)物理學(xué)系的學(xué)生，很榮幸聽到您的講課，剛才您在您的講演中提到您在宇宙空間中發(fā)現(xiàn)很多的微波激射器，我很好奇，您能具體解釋一下宇宙空間中的微波激射器產(chǎn)生的原理是什么嗎？因?yàn)槲抑牢⒉ど淦鬟€是激光發(fā)射器，對于共振腔尺寸的要求實(shí)際上是很高的。我就很奇怪，如何在自然界能夠產(chǎn)生這樣的微波激射器？謝謝！ 湯斯：這是個很好的問題。因?yàn)榇蟛糠值奈⒉ㄆ骱图す馄鞫加泄舱袂?。但是如果沒有共振，只有激光束的放大，我們也把它叫做激光器。當(dāng)光束前進(jìn)的時候得到放大，這個過程是相同的，它得到的放大不像在一個腔中得到的那么強(qiáng)。光束來回反射可以得到更多的能量。如果光束只走一次，也可以

31、得到能量，我們?nèi)匀豢梢苑Q它為激光器或微波器。這就是在星際空間中存在的那種類型。原因之一是，在星際空間中熱平衡并不是很普遍的，有很多的激發(fā)存在。分子和原子不處于熱平衡狀態(tài)，所以在充滿能量的空間當(dāng)中可能有過量的分子。如果一束微波從一處出發(fā)，穿過這群分子，它就會被激發(fā)和放大。這就產(chǎn)生了放大，從而得到非常非常強(qiáng)的微波束，這就是沒有共振腔的微波發(fā)射器或激光器。 觀眾：您好，湯斯先生，感謝您為這世界帶來了激光，也感謝您帶來激光給這個世界發(fā)生美妙而奇特的變革，但是您是否想到激光技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了軍事領(lǐng)域，成為屠殺人類的一種工具，比方說前天，我看到了美國的一家美國它正利用這種激光技術(shù)去打在太空中的小衛(wèi)星，我想問

32、就是說，您是如何看待這種現(xiàn)象的？謝謝 主持人：剛才湯斯先生說，這個激光給人動手術(shù)的時候，那個傷口是非常小的，但是當(dāng)武器打人的時候，那傷口很大。 湯斯：一旦你學(xué)會做某種事，你就可以利用這些知識來幫助人們或者傷害人們。人類總是面臨這個問題。無論我們有什么樣的知識，我們都可以用它來幫助人們或傷害人們。所以我們必須有道德感，這樣我們就會幫助人們而不是用在相反的方向。我們可以用一塊石頭來殺人。我們用的許多東西很原始。高科技也能被用來殺人，也能被用來搞破壞。但它也可以做許多非常非常有益的事情。讓我來特別談一下激光。它本身實(shí)際上不是設(shè)計(jì)用來殺人的，我已強(qiáng)烈地建議政府反對這方面的應(yīng)用。實(shí)際上激光也不是一種實(shí)用的殺人工具。它傷害人的方法主要是使人失明并損傷眼睛。激光對人照射可以使人們失明并損傷他們的眼睛，這非常糟糕。我已經(jīng)在一個委員會上建議政府必須重視這個問題。然而 激光對一些軍事目的也是有利的，比如說是通訊。如何使用電話呢？電話可以用于有益的目的，也可能被用于軍事目的。如果軍事目的是惡意的，那么電話也被惡意的使用。我個人認(rèn)為激光在軍事上有益的用途是使導(dǎo)彈打得更準(zhǔn)。你看我們在戰(zhàn)爭中扔炸彈和導(dǎo)彈，經(jīng)常會毀壞城市。例如，如果我們想炸毀一座橋梁就應(yīng)命中目標(biāo)