诺贝尔物理学奖得主汤斯教授的科学与信仰人生

周铁楼

汤斯的人类贡献

查理斯•哈得•汤斯（Charles Hard Townes, 1915-2015）是镭射（Laser，或称激光）的发明者，1964年诺贝尔物理学奖的得主。镭射，从1960年至今已近60年，对人类社会影响深远，从基础物理、化学、生物及工程的研究到光电子产业的应用；从全球寛频资讯光纤网路的建立，到镭射医疗及生物光电感应诊测治疗等等，都可看到镭射光的功能。廿一世纪更是光电子掌领很多领域的时代，日常生活中有关数据音响及影视的CD、DVD、收银机的条形码、扫描器等，都用到了镭射光技术。FedEx、UPS、航空公司行李的输送转运、货仓和医院的各种物流的处理，也常需要以镭射光为主的技术系统。

汤斯的人生履历

汤斯教授于1915年7月28日出生在美国南卡罗来纳州格林维尔（Greenville, South Carolina）的一个浸信会基督徒家庭，16岁时进入格林维尔的弗曼大学（Furman University）就读。物理学优美的逻辑结构深深地吸引了年轻的汤斯，但他的兴趣和活动相当广泛，包括忙于游泳队、大学报纸和足球队。他是一个十分有创意的人，对自然历史也很有兴趣，还是学生时他就已担任博物馆馆长（Curator of the museum）。1935年他19岁便完成了物理科学学士学位和现代语言的文科学士学位的学业，以优等成绩毕业。

一年后汤斯在杜克大学（Duke University）获得硕士学位。1937年他来到加州理工学院（California Institute of Technology）就读，1939年获得博士学位。半年后他加入贝尔实验室团队，在第二次世界大战期间从事雷达系统的研究工作，并于1941年与法兰西斯•布朗（Frances Brown）结婚。二次大战后，1948年汤斯教授到哥伦比亚大学任教，1951年他正式开展有关镭射的研究工作。

在哥伦比亚大学时，汤斯教授决定把他在贝尔实验室的微波工作推展到更短的波长，他想进入红外线，非常渴望产生一个短波振荡器（Oscillator for short waves）。虽然两位诺贝尔奖得主——量子力学巨人波尔（Niels Bohr）和他的系主任拉比（Isidore Rabi）都告诉他別浪费时间，但汤斯没有放弃。

1951年春天他去华盛顿特区参加海军委员会一个会议，将讨论超越雷达波的问题。开会前的一个早晨，汤斯坐在公园的长椅上思想他研究的这个问题。忽然，解决这个问题的办法就像晴天霹雳一样瞬间出现在他脑海中，他用“上帝的启示”这个词来形容当时的灵感情景。1953年汤斯和他的博士生及博士后研究员成功制成氨的微波振荡放大产生器，或称美射（Ammonia Maser），即镭射的前驱。

当时，汤斯仍任贝尔实验室顾问，和同事亚瑟•肖洛（Arthur Schawlow）一起研究如何把美射原理推广用于光波段（微波和光波同是电磁波，但波长不同）。1958年贝尔实验室申请镭射（光波放大振荡产生器）专利，同年，汤斯和亚瑟•肖洛在《物理评论》杂志上发表他们的理论计算论文，从此世界各大实验室都努力设计各种材料的镭射。

1961年汤斯受聘担任麻省理工学院（MIT）教务长和物理学讲座教授（Chair Professor）。

1964年汤斯与前苏联物理学家巴索夫（Basov）和普霍罗夫（Prokhorov）因镭射研究方面的成就同获诺贝尔物理学奖。

1966年汤斯为专注于量子电子学及天文学方面的研究，辞去麻省理工学院副校长一职，1967年出任柏克莱加州大学教授。这位虔诚伟大的基督徒科学家于2015年1月27日清晨在加州柏克莱家中被主接去，享年99岁。

汤斯的信仰动力

汤斯不仅是一位伟大的科学家，也是一位虔诚的基督徒。他说，科学与宗教这两者关系比大多数人所认识的还要紧密。科学是试图理解我们的宇宙如何运作，包括人类；宗教是一个试图理解宇宙的目的和意义，包括人类。这个目的和意义必定与宇宙的结构和它的运行有密切的关联。科学与宗教这两者必须一起走，两者有密切的关系，是互辅互助的，超越许多人的认知。

汤斯在回答记者采访时说：“科学有信仰，它做了假设。”这是什么意思？实在说来，科学所有的一切假定、原理、定律，大部分都是未经过证实的。科学方法就是使用未经证实的假定作研究工作，这叫做工作的假定。举能量不灭定律为例，虽然截至目前为止已经通过了好多的考验，但仍有些尚在未知之数，因此有可能在未来需要加以修正；可是物理学家并没有因此就拒绝接受这个能量不灭定律，由此我们看出科学家对于能量不灭定律，是抱着一种信心来接受的。

汤斯认为，他的确感觉到上帝的同在，上帝一直在帮助他，包括他坐在华盛顿广场公园的长椅时，想通美射原理的剎那间的灵感，似乎是上帝特別的启发或启示（revelation）。

与许多科学家不同的是，汤斯从不畏避谈论宗教。1966年他写的〈科学和宗教的融合〉（The Convergence of Science and Religion）一文，详述他对科学和宗教的论点。因为他致力于科学和宗教的互动与和谐，汤斯获得2005年坦普顿奖（Templeton Prize），奖金约150万美元。这个奖项和宗教及属灵的信仰有关，得主还包括德蕾莎修女及葛理翰牧师。

汤斯相信宇宙大爆炸是上帝的创造。我曾在我的《科学家相信耶稣基督》（美国中信出版社，2017）一书中阐述过：上帝设计的宇宙大爆炸好比极其复杂的超大型电脑程式；一旦发动就调动其程式，一环扣一环，一层套一层，出现无穷无尽的变化，包括宇宙加速膨胀、新星的产生、新星系的形成、老星体的衰亡，重力塌缩为白矮星、中子星、黑洞等等。

宇宙的演变全都在上帝设计的程式控制下进行着，上帝创造宇宙万物，也创立万物运行的自然规律。科学家只是探索和发现造物主创立的万物运行的自然规律，因此科学的发现应该与上帝所创立的自然规律一致。上帝在自然界的启示可借科学的发现表明；圣经的启示是上帝对人的特殊启示，借着圣灵和上帝的启蒙使人明白。这两种启示应该相辅相成，帮助我们更了解上帝和祂的创造。