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Veröffentlicht: 01.02.2015, 17:34 Uhr

Zum Tod von Charles Townes Ein Leben für die Wissenschaft

Manche Erfindungen warten nur auf den richtigen Moment und den richtigen Menschen, um das Licht der Welt zu erblicken. So war es beim Laser. Charly Townes hatte den zündenden Einfall auf einer Parkbank. In der vergangenen Woche ist er im Alter von 99 Jahren gestorben.

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© EDDIE HAUSNER/The New York Times Charles Townes, am 25. Januar 1955 mit einem Prototypen seines Masers.

Nur wenige physikalische Erfindungen haben Technik und Wissenschaft so beflügelt wie die des Lasers vor fast 55 Jahren. In der Medizin, der Telekommunikation, der Unterhaltungselektronik sind die energiereichen, stark gebündelten Laserstrahlen ebenso wenig wegzudenken wie in der modernen Messtechnik und industriellen Fertigung. Allerdings war bis zum ersten funktionierenden Lasergerät ein langer Weg, der im Frühjahr 1951 auf einer Parkbank in Washington seine entscheidende Richtung nahm. Charles Hard Townes wartete auf die Öffnung eines Frühstückslokales und grübelte über die Frage nach, wie man Radiowellen mit deutlich höheren  Frequenzen erzeugen könnte, als es bis dahin möglich war. Noch vor der Öffnung hatte der 35 Jahre alte Physiker von der Columbia University in New York die Lösung gefunden. Doch es sollten vier Jahre vergehen, ehe aus seiner Idee ein funktionierendes Gerät – der erste Maser – wurde.

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Townes entwickelte eine Apparatur, mit der sich Mikrowellen erzeugen und verstärken ließen. Sie bestand aus einem Hohlraum, durch den ein Strahl von Ammoniak-Molekülen geleitet wurde. Strahlte ein Molekül zufällig eine Mikrowelle ab, wurde diese im Resonator hin- und her reflektiert. Traf die Welle auf andere Moleküle, brachte sie diese dazu, ebenfalls Mikrowellen identischer Frequenz auszusenden. Ein Lawineneffekt war die Folge, der zur Verstärkung der Mikrowellenstrahlung führte. Townes hatte mit seinem Mikrowellen-Verstärker die Idee Albert Einsteins von der „stimulierten Emission“ verwirklicht.

Die Idee Einsteins wird Wirklichkeit

Im Jahr 1917 hatte der Vater der Relativitätstheorie herausgefunden, dass Atome zur Emission von Licht stimuliert werden können, wenn sie zuvor Strahlung entsprechender Wellenlänge absorbieren. Das ausgesandte Licht würde dann einfarbig sein und in einer festgelegten Richtung und mit enger Bündelung ausgesandt werden – so Einsteins Theorie. Jahrzehnte lang versuchten Forscher vergebens, den von Einstein vorhergesagten Effekt nachzuweisen. Townes war der Erste, dem es gelang. Der Physiker nannte seine Apparatur deshalb kurz „Maser“, ein Akronym für Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Koppelte man die Mikrowelle aus dem Hohlraum aus, erhielt man einen kontinuierlichen, monochromatischen Mikrowellenstrahl.

Charles Townes: Ein Leben für die Wissenschaft © Elena Zhukova, University of California Vergrößern Ein Leben für die Wissenschaft: Charles Townes im Jahr 2013 in seinem Büro in Berkeley

Der Erfindung folgte schon bald der Wunsch, einen Maser auch für infrarotes und sichtbares Licht zu entwickeln. Der Name des Apparates – „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“, kurz Laser – war bereits klar, noch bevor im Dezember 1958 Townes und sein Schwager Arthur Schalow von den Bell Laboratories in Murray Hill ein entsprechendes Konzept für den Laser ersannen: Eine mit einem Gas gefüllte Glasröhre, an deren Enden sich Spiegel befinden.

In der Sowjetunion arbeiteten fast zur gleichen Zeit die Physiker Aleksandr Prochorow und Nikolaj Bassow am Lebedew-Institut für Physik in Moskau ebenfalls daran, das Prinzip des Masers auf den optischen Bereich zu übertragen. Der Wettlauf um den Bau des ersten Lasers, an dem sich viele renommierte Institute und Firmen beteiligten, hatte begonnen. Doch weder Towns und Shalow noch Prochorow und Bassow sollten – trotz großer Anstrengungen – die Erzeugung von Laserlicht glücken. Es war der bis dahin unbekannte Physiker und Bastler Theodor Maiman, der die Idee von Townes aufgriff und 1960 einem Rubinkristall erstmals rote Laserpulse entlocken konnte, als er diesen mit einer Blitzlampe anregte.

Maser und Laser erobern die Astronomie

Den Erfolg ernteten schließlich doch Townes, Prochorow und Bassow: Sie wurden 1964 für die Entwicklung des Masers und Lasers mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Townes, der am 28. Juli 1915 in Greenville (South Carolina) geboren wurde, hatte sich da bereits einem anderen Gebiet zugewandt: der Astronomie.

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Er nutze die Technik des Masers und Lasers für astronomische Beobachtungen. Dadurch gelang es ihm mit seinen Kollegen als Erstem, komplexe Moleküle in der interstellaren Materie nachzuweisen und die Masse des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße zu messen. Sie kamen damals auf eine Masse von vier Millionen Sonnenmassen. Längst emeritiert (1984) kam Charly Townes noch bis ins hohe Alter regelmäßig an den Campus der University of California in Berkeley, wo er seit 1967 lehrte und forschte. In der vergangenen Woche ist der Vater des Lasers nach längerer Krankheit im Alter von 99 Jahren in Berkeley gestorben.

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