Das Licht der Erkenntnis

Charles Townes, der am 27. Januar auf dem Weg ins Krankenhaus gestorben ist, gehört zu den seltenen Forschern, deren wissenschaftliche Karriere fast acht Jahrzehnte dauerte. Geboren wurde er am 28. Juli 1915 in Greenville im US-Bundesstaat South Carolina. Nach seinem sehr erfolgreichen Physikstudium an der dortigen Furman University und an der Duke University in Durham (North Carolina). Am Caltech promovierte er 1939 mit einer Arbeit über Isotopentrennung und Kernspins. Im Zweiten Weltkrieg ging er an die Bell Telephone Laboratories (Bell Labs) in New Jersey und arbeitete dort an militärischen Radarsystemen.

Ab 1948 forschte Townes an der Columbia University in New York. Hier entstanden seine Arbeiten, die ihm später den Nobelpreis einbringen sollten. 1954 gelang es Townes auf Basis eines Hohlraumresonators, einen Verstärker für Mikrowellen zu bauen, den Maser (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation).

Für den optischen Bereich erwiesen sich solche Resonatoren als ungeeignet, denn sie hätten dafür unhandlich klein werden müssen. Zudem hatten sie eine viel zu geringe Güte gehabt. Die Lösung dieses Problems lieferten Charles Townes und sein Schwager Arthur Schawlow im Jahr 1958. Sie schlugen vor, offene Resonatoren vom Fabry-Perot-Typ zu verwenden, die bei hoher Güte deutlich weniger Eigenschwingungen als Hohlraumresonatoren zeigen. Welche Faktoren bei den weiteren Entwicklungen eine Rolle spielten, erläuterte der deutsche Laser-Pionier Herbert Welling im Schwerpunktheft des Physik Journal zum 50. Geburtstag des Lasers (siehe unten).

Das Rennen um den ersten Laser gewann schließlich ein Außenseiter: Theodore Maiman von den Hughes Research Laboratories. Er präsentierte am 16. Mai 1960 seinen Laser, der letztlich aus einem schlichten Rubinstab und einer einfachen Blitzlampe bestand. Maimans Durchbruch wurde jedoch nicht mit dem Nobelpreis gewürdigt. Townes erhielt 1964 den Nobelpreis für Physik für die Erfindung des Masers und die Beschreibung des Lasers, zusammen mit Nikolai G. Bassow und Alexander M. Prochorow. Die beiden russischen Physiker hatten unabhängig von Townes ebenfalls am Maser gearbeitet.

Der Laser ist aus Wissenschaft und Technik nicht mehr wegzudenken und auch im Alltag allgegenwärtig, ob im CD-Spieler oder für den weltweiten Datenverkehr. Auch in der Astronomie, der sich Townes später zuwandte, ermöglichten Laser wichtige Durchbrüche. So gelang es ihm gemeinsam mit anderen Wissenschaftlern, erstmals komplexe Moleküle im interstellaren Raum nachzuweisen.

Zusammen mit Reinhard Genzel, der als Postdoc bei Townes arbeitete, gelang es ihm, die Bewegung von Gaswolken im Zentrum der Milchstraße zu messen, ein erster Hinweis darauf, dass sich dort ein gigantische Schwarzes Loch befindet. Möglich wurden die Messungen durch einen von Townes entwickelten Infrarot-Detektor mit einem CO2-Präzisionslaser.

Townes engagierte sich auch in mehreren diversen Regierungskommissionen, etwa von 1966 bis 1970 als Vorsitzender des wissenschaftlichen Beraterkomitees der NASA für die bemannte Raumfahrt. In den 1980er Jahren setzte er sich zudem für die Rüstungskontrolle ein. Unter den zahlreichen Auszeichnungen sind auch der „Science Writer Award“ des American Institute of Physics für sein autobiographisches Buch über die Entwicklung des Lasers und der Templeton-Preis, den der gläubige Christ für seine Beiträge zu „Bestätigung der spirituellen Dimension des Lebens“ erhielt.

Charles Townes war fast bis zuletzt aktiv. An der University of California in Berkeley, wo er seit 1967 arbeitete, ging er noch bis zu seinem 98. Lebensjahr täglich in sein Büro.

Alexander Pawlak

Weitere Infos

• Nachruf auf Charles Townes (University of Cailfornia in Berkeley) 
• Nobelpreis 1964 für Charles Townes (Nobelpreis-Stiftung)
• H. Welling, Eine faszinierende Lichtquelle, Physik Journal, Juli 2010, S.23 
• Ch. H. Townes, How the Laser Happened, Oxford University Press, Oxford (1999) (Rezension von H. Welling)
• Charles Hard Townes Award der Optical Society (OSA)

Weitere Beiträge

• Physik Journal-Schwerpunktheft „50 Jahre Laser“ (Juli 2010)
• R. Genzel, Massereiche Schwarze Löcher, Physik Journal, Juli/August 2003, S. 45
• H. Haken, Der Nobelpreis 1964 für den Maser, Physikalische Blätter 21, 109 (1965)
• A. L. Schawlow und C. H. Townes, Infrared and Optical Masers, Phys. Rev. 112, 1940 (1958)