Учёный

Charles Townes

1915–2015 · квантовая электроника, физика
Американский физик, изобретатель мазера и лазера — устройств, использующих вынужденное излучение для генерации когерентного электромагнитного излучения. Его изобретения произвели революцию в спектроскопии, коммуникациях, медицине и бесчисленных технологиях, став основой для многих научных инструментов, включая LIGO и космические телескопы.

Биография

Родился в Гринвилле (Южная Каролина). Учился в Фурманском университете, Дьюке и Калтехе. Работал в Bell Labs, Колумбийском университете, MIT и Калифорнийском университете в Беркли. Концепцию мазера придумал на скамейке в парке. В 1964 году получил Нобелевскую премию по физике. Также награждён медалью Почёта США и многими другими.

Ключевые открытия

💡 Придумал принцип работы мазера, записывая расчёты на обратной стороне конверта в вашингтонском парке. Позже он признавался, что коллеги советовали не тратить время на эту «безумную» идею, поскольку она нарушала известные тогда законы физики (в действительности, всё было наоборот).
"Учёный сравнивал лазер с решением, которое ищет проблему."
Понятия
LIGOквантовая оптикарадиоастрономияспектроскопия
Законы
изобретение лазера
Учёные
Hendrik LorentzShuji NakamuraVera RubinRobert HookeJohann Jakob BalmerErwin SchrödingerCecilia Payne-GaposchkinJoseph Weber

Статьи с его участием

Отпечатки пальцев в спектре: пульсары против тёмной материи
Спектр космических электронов — это как отпечатки пальцев на месте преступления. Частицы, прилетающие из глубин Галактики, несут в своих энергиях следы тех, кто их породил. Долгое время картина была смазанной: приборы с широкими энергетическими бинами, словно размытые фотографии, не давали рассмотреть детали.
Пульс Южной Атлантики предсказывает индийский муссон за пять месяцев
Каждый год в июне небо над Индией наполняется влагой, и от того, сколько её прольётся, зависит урожай риса, запасы воды и цены на еду для миллиарда человек. Но предсказать силу муссона заранее было всё равно что угадать настроение человека по одной фотографии: слишком много скрытых пружин.
Оптика2025-05-023 минarXiv:2505.05490
Семь жизней фотона: исключительные точки управляют спонтанным излучением
Спонтанное излучение долго считалось своенравным: квантовая точка испускает фотон, подчиняясь лишь вероятности. Эффект Парселла позволил усиливать его, помещая эмиттер в резонатор, но это меняло только скорость, не трогая форму спектра.
Пустота-дирижёр: как квантовый вакуум переписывает свойства материи
В зале тишина, но дирижёр уже поднял палочку. Оркестр молчит, а партитура меняется. Так и в оптическом резонаторе: света нет, но квантовый вакуум — пустота, заполненная короткоживущими флуктуациями полей — уже дирижирует веществом. Помещённый между зеркалами материал начинает жить по новым правилам.
Брэгг из нескольких атомов: как решётка из пинцетов управляет светом
Четыре атома цезия висят в вакууме, удерживаемые лазерными пинцетами, как бусины на невидимой нити. Вокруг них — кольцевой резонатор, замкнутый контур из зеркал, где свет бежит по кругу, не встречая препятствий. Когда на эту крошечную цепочку падает пробный луч, происходит нечто странное: атомы начинают рассеивать свет не равномерно во все стороны, а преимущественно в одном направлении.
Межзвёздные гости: как поймать сигнал от чужой технологии
В октябре 2017 года телескоп Pan-STARRS на Гавайях заметил объект, который двигался слишком быстро, чтобы принадлежать Солнечной системе. Это был 1I/Оумуамуа — первый межзвёздный гость, зафиксированный астрономами. С тех пор к нему присоединились ещё два: комета 2I/Борисова и объект 3I/ATLAS.
Звездотрясение рождает бурю
Кора магнетара трескается за миллисекунды. Глубинный сдвиг рождает сейсмические волны, которые бегут по поверхности и встряхивают магнитное поле. Это звездотрясение — как землетрясение, только на нейтронной звезде с полем в квадриллион раз сильнее земного. До сих пор модели возмущений были грубыми: одиночный поворот поверхности или идеализированный импульс.
Водород, спрятанный в недрах субнептуна
Молодой субнептун — это скороварка, в которой водород и камень варятся в одном котле. Шесть масс Земли, три процента водорода по массе, температура в недрах выше 4000 К. При таком жаре силикатный расплав и водород не просто соседствуют: они полностью смешиваются, образуя единую сверхкритическую жидкость. Никакой границы между ядром и оболочкой нет.
Квантовый лидар ловит блеск ледяных кристаллов
Ледяные облака умеют притворяться водяными. Спутниковый лидар посылает вниз короткий лазерный импульс и ловит отражение. Если в облаке висят плоские ледяные пластинки, парящие горизонтально, они работают как крошечные зеркала: свет отскакивает назад почти без потерь. Для прибора такая вспышка выглядит так же, как отражение от капель воды.
Космический кристалл: как магнетар преломляет пустоту
В 1936 году два физика, Вернер Гейзенберг и Ганс Эйлер, сидя над уравнениями квантовой электродинамики, обнаружили нечто странное. В достаточно сильном магнитном поле вакуум должен перестать быть пустым. Он должен стать похожим на кристалл: свет одной поляризации пойдёт в нём чуть быстрее, свет другой — чуть медленнее. Это явление назвали вакуумным двулучепреломлением.
Биофизика2025-10-071 минarXiv:2510.05600экспресс
Танец электронов в живых клетках: как запечатлеть невидимое
Внутри каждой живой клетки непрерывно идут химические превращения. Некоторые из них порождают нестабильные частицы — короткоживущие радикальные пары, чьи электроны ведут себя как спаренные магнитики. Их взаимодействие напоминает танец: каждое движение пары отзывается на внешние магнитные поля, словно на меняющийся ритм.
Мезоскопика2025-10-091 минarXiv:2510.08030экспресс
Лавина из фотонов: как детектировать микроволновые кванты
В фотометрии — области, занимающейся измерением света, — долгое время оставалась нерешённой задача регистрации одиночных микроволновых фотонов. Причина в том, что энергия такого кванта сопоставима с энергией теплового дрожания атомов, из-за чего сигнал тонет в шуме.
Экзопланеты2025-10-101 минarXiv:2510.09809экспресс
Физика и общество2025-10-151 минarXiv:2510.16012экспресс
Социальный лазер: от спонтанного излучения идей к когерентному действию
Теория Социального Лазера моделирует общество по аналогии с устройством лазера. Подобно тому, как атомы в активной среде лазера поглощают энергию накачки и переходят в возбуждённое состояние, люди поглощают потоки информации и «заряжаются» ею.
Экзопланеты2025-11-031 минarXiv:2511.01351экспресс
Планетарная скороварка: как газ и камень рождают океаны
Самый распространённый тип планет в нашей Галактике — каменные миры у других звёзд, или экзопланеты, окутанные простейшим газом — водородом. Долгое время их внутреннее устройство оставалось загадкой, пока учёные не воспроизвели условия недр в лабораторном эксперименте.
Квантовая физика2025-11-051 минarXiv:2511.03412экспресс
Квантовый свет различает молекулярные энантиомеры
Многие биомолекулы, в частности аминокислоты, существуют в двух зеркальных формах — как левая и правая рука, или как музыкальные ноты, звучащие почти одинаково, но с критической разницей: одна форма может быть лекарством, другая — ядом. Уловить это отличие стандартными методами мешает фундаментальный квантовый шум — неустранимые флуктуации, подобные гулу вентилятора в комнате, заглушающему тихие звуки.
Квантовая физика2025-11-082 минarXiv:2511.05928экспресс
Световая ловушка: как задержать неуловимое
Для квантового интернета необходимо научиться задерживать свет — подобно тому, как почтовые отправления сортируются в промежуточных узлах. В основе технологии лежит тонкая кристаллическая пластинка, легированная ионами европия — редкоземельного элемента, который, к слову, отвечает за красное свечение экранов смартфонов.
Экзопланеты2025-11-091 минarXiv:2511.06507экспресс
Как водород и магма рождают воду в недрах планет
Среди экзопланет часто встречаются субнептуны — миры чуть меньше Нептуна. Их открывают транзитным методом (по затенению звезды), пионером которого был Уильям Боруцки.
Квантовая физика2025-11-101 минarXiv:2511.06844экспресс
Как свет обнажает скрытые законы открытых систем
Открытые системы непрерывно обмениваются энергией с окружением — подобно гитарной струне, чьи колебания затихают в воздухе, отдавая энергию среде. Учёные построили такую систему из света, заставив лучи закручиваться штопором — приобретать орбитальный угловой момент — и формировать искусственную решётку, своего рода лабиринт, где можно управлять потерями на каждом шагу.
Квантовая физика2025-11-181 минarXiv:2511.14363экспресс
Квантовые секреты растений и птиц
Растения используют армию идеальных курьеров для доставки энергии. Каждый фотон солнечного света поглощается, и его энергия мгновенно — практически без потерь — переносится к реакционным центрам, где происходит синтез питательных веществ.
Экзопланеты2025-11-191 минarXiv:2511.15317экспресс
Тень или мираж: охота за экзолуной у раскалённого Юпитера
Охота за экзолунами — поиск спутников у планет иных звёзд — напоминает наблюдение теней в театре, где прожектор то гаснет, то вспыхивает. Планета Kepler-167e, газовый гигант, обращающийся вокруг раскалённой звезды, была открыта Уильямом Боруцки и его командой.
Миссия: перехватить странника из чужой звёздной системы
Миссия Comet Interceptor стартует без заранее определённой цели. Аппарат замирает в точке космического равновесия — точке Лагранжа L2, где гравитационные силы Земли и Солнца уравновешены, — как истребитель на боевом дежурстве: двигатель прогрет, но взлёт — только по тревоге.
Экзопланеты2025-12-091 минarXiv:2512.08932экспресс
Почему горячие юпитеры раздуваются?
Горячие юпитеры — экзопланеты-гиганты, прижавшиеся к своим звёздам, — загадочно раздуты. Их радиусы часто на 50–100% больше, чем предсказывают стандартные модели формирования.
Квантовая физика2025-12-181 минarXiv:2512.17046экспресс
Аттосекундное переключение сжатого света: квантовая оптика на пределе скорости
Обычный свет всегда немного дрожит: его яркость и цвет колеблются, как воздух в надутом шарике после толчка. В сжатом свете эти квантовые флуктуации перераспределяют — словно шарик сдавливают с одной стороны, делая здесь тоньше, а там толще, но общий объём тот же. Так жертвуют точностью в одном параметре, например амплитуде, чтобы выиграть в другом, например фазе.
Плазменный шар как ключ к магнетарам и быстрым радиовсплескам
Магнетар — это нейтронная звезда, обладающая магнитным полем, которое в квадриллион раз интенсивнее земного. Время от времени такой объект исторгает сгусток плазмы, напоминающий надувной шарик; внутри него, словно тысячи невидимых пружинок, мечутся силовые линии магнитного поля.
Как поймать пульсар, который кружится слишком быстро
Пульсар — это мёртвая звезда, которая вращается и посылает радиоимпульсы, как маяк. Если у пульсара есть компаньон, они кружатся вокруг общего центра тяжести. Когда орбита тесная, период обращения меньше суток, и сигнал пульсара начинает «дрожать»: из-за движения звезда то приближается к нам, то удаляется, и частота импульсов меняется, как сирена проезжающей машины.
Оптика2026-01-021 минarXiv:2601.00792экспресс
Свет раздваивается сам: лазер в кольце ломает симметрию
Два луча света — красный и синий — входят в крошечное кольцо из нитрида кремния. Кольцо по размеру меньше толщины человеческого волоса. На входе оба луча одинаково яркие. Но внутри кольца один из них вдруг начинает теснить другой, как в споре двух равных по силе людей, где один неожиданно берёт верх.
Мезоскопика2026-01-032 минarXiv:2601.01030экспресс
Лазер, магнит и ток без проводов
Тонкая плёнка из соединения висмута и селена лежит на подложке. По ней бьёт лазерная вспышка длительностью в миллионную долю миллиардной доли секунды. Рядом включён магнит, поле которого слабее, чем у магнитика на холодильнике. И в этот момент в плёнке сам собой возникает электрический ток, перпендикулярный магнитному полю.
Оптика2026-01-031 минarXiv:2601.01038экспресс
Ловушки, вырезанные из света
Лазерный луч обычно похож на ровный столб света. Но если пропустить его через пластинку с узором тоньше волоса, луч рассыпается на тысячи крошечных световых карманов. В каждом кармане можно подвесить один атом, как горошину в ямке. Такие карманы нужны квантовым компьютерам и сверхточным часам, где атомы должны висеть неподвижно и не мешать друг другу.
Оптика2026-01-041 минarXiv:2601.01399экспресс
Свет считает в четырех измерениях
Обычный компьютер видит мир плоско: числа для него — просто точки на линии. Но цветная картинка или трехмерная сцена требуют большего — четырех чисел, которые описывают и положение, и поворот. Такие четверки называют кватернионами, и до сих пор электроника справлялась с ними неуклюже, раскладывая на части и собирая обратно. Новый чип меняет подход.
Космический маяк, который мигает как безумный
Пульсар — это мёртвая звезда, которая крутится с бешеной скоростью и шлёт радиоимпульсы, как маяк. Обычно такие импульсы идут строго по расписанию, но иногда среди них попадаются настоящие монстры — гигантские импульсы, которые в тысячи раз ярче обычных. Астрономы 174 часа слушали пульсар PSR J1227-4853 с помощью гигантского радиотелескопа в Индии.
Квантовая физика2026-01-042 минarXiv:2601.01647экспресс
Свет, который попадает в цель
На столе у физиков лежит пластинка меньше листа бумаги. Внутри неё — кристалл, который умеет поворачивать луч света, как зеркальце в руке. Только этот кристалл не двигается: он меняет направление луча, когда через него пропускают звук. Звуковая волна пробегает по кристаллу и слегка сжимает его — луч отклоняется, как струя воды от руля. Так свет попадает точно в нужный атом, не задевая соседние.
Экзопланеты2026-01-051 минarXiv:2601.02533экспресс
Перехват межзвёздного странника: гравитационная праща Солнца
Вращая пращу, мы раскручиваем камень. Его скорость нарастает, и если отпустить снаряд в самой низкой точке, он улетит дальше всего. В космосе гравитация Солнца играет роль ремня: зонд ныряет к звезде как можно ближе, и в миг, когда скорость максимальна, краткий толчок двигателя — как рывок руки — придаёт ему огромный разгон.
Магнитное сердце пульсара задышало чаще
Два телескопа — Swift/BAT и NuSTAR — двадцать лет подряд смотрели на одну и ту же пару звёзд: нейтронную звезду и её соседку-гиганта. Нейтронная звезда — это остаток взорвавшейся звезды, сжатый до размеров города, а магнитное поле у неё такое сильное, что заставляет электроны крутиться по спирали, как нитку на катушке.
Магнитары-волчки: разгадка природы быстрых радиовсплесков
Астрономы уже несколько лет бьются над загадкой быстрых радиовсплесков — сверхкоротких, но невероятно мощных радиосигналов, приходящих из далёких галактик. Одни из них вспыхивают повторно, словно маяки с переменным ритмом, другие же регистрируются лишь однажды, оставляя после себя лишь вопросы.
Квантовая физика2026-01-081 минarXiv:2601.05118экспресс
Оптический станок: генерация 100 000 фотонов с заданной точностью
Создать световой импульс с точным, наперёд заданным числом фотонов — задача, напоминающая чеканку ровно 100 000 монет без единого дефекта. До недавнего времени физикам удавалось контролировать лишь несколько десятков таких квантов света.
Галактики2026-01-091 минarXiv:2601.05507экспресс
Спирт во льдах Галактики: что скрывает центр Млечного Пути
В центре нашей Галактики — густой лес из пыли и газа. Свет от звёзд с трудом пробивается сквозь эту чащу, как фонарик в тумане. Но именно там, в этом плотном облаке, рождаются новые звёзды. Учёные решили заглянуть в этот туман. Они взяли свет от 15 ярких звёзд, которые просвечивают сквозь холодные облака. Лёд на пылинках в этих облаках оставляет свой след в свете — как отпечатки пальцев.
Экзопланеты2026-01-111 минarXiv:2601.06759экспресс
Ледяной гость из иной системы
В декабре 2025 года телескоп SPHEREx, используя спектроскопию — метод разложения света на химические «отпечатки», позволяющий по спектру определять состав вещества, — повторно изучил объект ISO 3I/ATLAS, странника из другой звёздной системы.
Экзопланеты2026-01-111 минarXiv:2601.07080экспресс
Лавовые океаны экзопланет: приливный разогрев и каменные волны
Экзопланета — планета за пределами Солнечной системы — движется по слегка вытянутой орбите. При каждом обороте она то приближается к родительской звезде, то удаляется.