Blog

Dne 27. ledna 2015 se uzavřel jeden z nejzajímavějších příběhů ve vědě druhé poloviny 20. století. Laser a maser – nejznámější produkty kvantové optiky, ztratily svého posledního otce, Charlese Harda Townese. Odešel v úctyhodném věku 99 let. V roce 1964 obdržel polovinu Nobelovy ceny, druhou si rozdělili dva ruští vědci Nikolaj Basov a Alexandr Prochorov. Všichni ji získali za contributions to fundamental work in quantum electronics leading to the development of the maser and laser, jak bylo napsáno ve zdůvodnění.

Tady by mohla krátká zpráva končit, kdyby životní příběh Charlese H. Townese neskýtal několik stále velmi zajímavých a poučných momentů.

Prvním je snad počáteční moment, kdy jej v 35 letech napadlo, jak experimentálně potvrdit Einsteinovu teorii stimulované emise. Charles Townes tehdy pracoval na mnohem praktičtějším mikrovlnném generátoru s vlnovou délkou 0,5milimetru, ale pro ten bylo velmi těžké tenkrát postavit rezonátor. Proto nechal praktickou motivaci stranou a přešel k molekulám amoniaku pro konstrukci maseru o vlnové délce 1,25 centimetru, pro kterou už tehdy šlo rezonátor zkonstruovat. Nádherná ukázka toho, jak je dobré ustoupit z praktických pohledů, pokud jde o demonstraci zajímavého základního principu.        

Druhým momentem byl samotný první experimentální test maseru. Řada věhlasných jmen o tom pochybovala. Patřili mezi ně prý i Niels Bohr, John von Neumann či Isidor I. Rabi. Takto to ve skutečně zajímavé vědě chodí. Zachovala se památná věta posledního z nich, který měl v roce 1953 při návštěvě Townsovy laboratoře říci: "Look, you should stop the work you are doing. It isn't going to work. You know it's not going to work, we know it's not going to work. You're wasting money, just stop!“ On nepřestal, věřil, že to dokáže. Utratil už za tento výzkum víc než 30 tisíc dolarů. Ale o tři měsíce později spolu s ním dva studenti J. P. Gordon a H. J. Zeiger poprvé viděli funkční maser. Tím převedli elegantní Einsteinovu teorii z roku 1917 do experimentální reality.    

Třetím momentem byl krok k laseru, který spolu se švagrem Arthurem Schawlowem podnikli. V roce 1958 publikovali teoretický článek s návrhem laseru a také podali příslušný patent. Současně s nimi se o to ale pokoušel i PhD student Kolumbijské university Gordon Gould. Byl spíše objevitel než vědec, návrh mnoha částí laseru popsal ve svých certifikovaných laboratorních denících. On také prý přišel se slovem laser, označujícím optickou verzi maseru. Kolem vztahu těchto dvou současných objevů bylo hodně nekončících diskusí, které také vedly k 28 let trvajícím patentovým sporům. Nakonec skončily smírem a dohodou o rozdělení práv na objev laseru mezi jeho autory.  Za železnou oponou Nikolaj Basov a Alexandr Prochorov navrhli paralelně podobné metody vedoucí ke konstrukci laseru. Všichni čtyři výše zmínění vědci nakonec dostali Nobelovu cenu, objevitel Gordon Gould nikoli.  

Čtvrtým zajímavým momentem byl první experimentální test laseru. Neudělal jej Townes se Schawlowem, jak by se dalo očekávat. Tímto mužem byl Theodore Harold Maiman pracující v Hughesových laboratořích v Kalifornii. Townes a Schawlow se totiž dopustili ve svých úvahách o plynovém laseru několika nepřesností. Díky svým zkušenostem se syntetickým rubínem byl Maiman schopen dokončit cestu k laseru dříve než oni. Dne 16. května 1960 se první laser rozsvítil. Townes později velmi uznale řekl: „Maiman's laser had several aspects not considered in our theoretical paper, nor discussed by others before the ruby demonstration.“ Ale i Maiman měl problémy, jeho článek s experimentálním testem odmítl editor prestižního amerického  Physical Review Letters, protože se mu zdálo, že je to jen další typ maseru. Nakonec jej otiskl Nature, tenkrát ne tolik slavný časopis jako dnes.

Dlouhý, zajímavý a poučný příběh. Měl jsem to štěstí se s Charlesem Townesem na velmi malou chvíli potkat před deseti lety během první evaluace Max-Planck Institutu v německém Erlangenu. Byl jsem tam jako mladý stipendista Humboldtovy nadace. Přišel k plakátu o jednom z experimentů, které tam kolegové dělali podle mé teorie. Po mém krátkém vysvětlení se usmál, a řekl ještě kratčeji, že těmhle věcem on už tolik nerozumí. Ale měl v očích stále jiskry.  

Radim Filip
PřF UP