諾貝爾物理學獎得主湯斯教授的科學與信仰人生

周鐵樓

湯斯的人類貢獻

查理斯•哈得•湯斯（Charles Hard Townes, 1915-2015）是鐳射（Laser，或稱激光）的發明者，1964年諾貝爾物理學獎的得主。鐳射，從1960年至今已近60年，對人類社會影響深遠，從基礎物理、化學、生物及工程的研究到光電子產業的應用；從全球寛頻資訊光纖網路的建立，到鐳射醫療及生物光電感應診測治療等等，都可看到鐳射光的功能。廿一世紀更是光電子掌領很多領域的時代，日常生活中有關數據音響及影視的CD、DVD、收銀機的條形碼、掃描器等，都用到了鐳射光技術。FedEx、UPS、航空公司行李的輸送轉運、貨倉和醫院的各種物流的處理，也常需要以鐳射光為主的技術系統。

湯斯的人生履歷

湯斯教授於1915年7月28日出生在美國南卡羅來納州格林維爾（Greenville, South Carolina）的一個浸信會基督徒家庭，16歲時進入格林維爾的弗曼大學（Furman University）就讀。物理學優美的邏輯結構深深地吸引了年輕的湯斯，但他的興趣和活動相當廣泛，包括忙於游泳隊、大學報紙和足球隊。他是一個十分有創意的人，對自然歷史也很有興趣，還是學生時他就已擔任博物館館長（Curator of the museum）。1935年他19歲便完成了物理科學學士學位和現代語言的文科學士學位的學業，以優等成績畢業。

一年後湯斯在杜克大學（Duke University）獲得碩士學位。1937年他來到加州理工學院（California Institute of Technology）就讀，1939年獲得博士學位。半年後他加入貝爾實驗室團隊，在第二次世界大戰期間從事雷達系統的研究工作，並於1941年與法蘭西斯•布朗（Frances Brown）結婚。二次大戰後，1948年湯斯教授到哥倫比亞大學任教，1951年他正式開展有關鐳射的研究工作。

在哥倫比亞大學時，湯斯教授決定把他在貝爾實驗室的微波工作推展到更短的波長，他想進入紅外線，非常渴望產生一個短波振盪器（Oscillator for short waves）。雖然兩位諾貝爾獎得主——量子力學巨人波爾（Niels Bohr）和他的系主任拉比（Isidore Rabi）都告訴他別浪費時間，但湯斯沒有放棄。

1951年春天他去華盛頓特區參加海軍委員會一個會議，將討論超越雷達波的問題。開會前的一個早晨，湯斯坐在公園的長椅上思想他研究的這個問題。忽然，解決這個問題的辦法就像晴天霹靂一樣瞬間出現在他腦海中，他用「上帝的啟示」這個詞來形容當時的靈感情景。1953年湯斯和他的博士生及博士後研究員成功製成氨的微波振盪放大產生器，或稱美射（Ammonia Maser），即鐳射的前驅。

當時，湯斯仍任貝爾實驗室顧問，和同事亞瑟•肖洛（Arthur Schawlow）一起研究如何把美射原理推廣用於光波段（微波和光波同是電磁波，但波長不同）。1958年貝爾實驗室申請鐳射（光波放大振盪產生器）專利，同年，湯斯和亞瑟•肖洛在《物理評論》雜誌上發表他們的理論計算論文，從此世界各大實驗室都努力設計各種材料的鐳射。

1961年湯斯受聘擔任麻省理工學院（MIT）教務長和物理學講座教授（Chair Professor）。

1964年湯斯與前蘇聯物理學家巴索夫（Basov）和普霍羅夫（Prokhorov）因鐳射研究方面的成就同獲諾貝爾物理學獎。

1966年湯斯為專注於量子電子學及天文學方面的研究，辭去麻省理工學院副校長一職，1967年出任柏克萊加州大學教授。這位虔誠偉大的基督徒科學家於2015年1月27日清晨在加州柏克萊家中被主接去，享年99歲。

湯斯的信仰動力

湯斯不僅是一位偉大的科學家，也是一位虔誠的基督徒。他說，科學與宗教這兩者關係比大多數人所認識的還要緊密。科學是試圖理解我們的宇宙如何運作，包括人類；宗教是一個試圖理解宇宙的目的和意義，包括人類。這個目的和意義必定與宇宙的結構和它的運行有密切的關聯。科學與宗教這兩者必須一起走，兩者有密切的關係，是互輔互助的，超越許多人的認知。

湯斯在回答記者採訪時說：「科學有信仰，它做了假設。」這是甚麼意思？實在說來，科學所有的一切假定、原理、定律，大部分都是未經過證實的。科學方法就是使用未經證實的假定作研究工作，這叫做工作的假定。舉能量不滅定律為例，雖然截至目前為止已經通過了好多的考驗，但仍有些尚在未知之數，因此有可能在未來需要加以修正；可是物理學家並沒有因此就拒絕接受這個能量不滅定律，由此我們看出科學家對於能量不滅定律，是抱著一種信心來接受的。

湯斯認為，他的確感覺到上帝的同在，上帝一直在幫助他，包括他坐在華盛頓廣場公園的長椅時，想通美射原理的剎那間的靈感，似乎是上帝特別的啟發或啟示（revelation）。

與許多科學家不同的是，湯斯從不畏避談論宗教。1966年他寫的〈科學和宗教的融合〉（The Convergence of Science and Religion）一文，詳述他對科學和宗教的論點。因為他致力於科學和宗教的互動與和諧，湯斯獲得2005年坦普頓獎（Templeton Prize），獎金約150萬美元。這個獎項和宗教及屬靈的信仰有關，得主還包括德蕾莎修女及葛理翰牧師。

湯斯相信宇宙大爆炸是上帝的創造。我曾在我的《科學家相信耶穌基督》（美國中信出版社，2017）一書中闡述過：上帝設計的宇宙大爆炸好比極其複雜的超大型電腦程式；一旦發動就調動其程式，一環扣一環，一層套一層，出現無窮無盡的變化，包括宇宙加速膨脹、新星的產生、新星系的形成、老星體的衰亡，重力塌縮為白矮星、中子星、黑洞等等。

宇宙的演變全都在上帝設計的程式控制下進行著，上帝創造宇宙萬物，也創立萬物運行的自然規律。科學家只是探索和發現造物主創立的萬物運行的自然規律，因此科學的發現應該與上帝所創立的自然規律一致。上帝在自然界的啟示可藉科學的發現表明；聖經的啟示是上帝對人的特殊啟示，藉著聖靈和上帝的啟蒙使人明白。這兩種啟示應該相輔相成，幫助我們更瞭解上帝和祂的創造。