|
|
湯斯， 1915年生于美國北卡羅來納州格林威爾。 16歲就進大學攻讀物理學和語言學，24 歲那年獲得物理學博士學位。湯斯幾乎對每樣事件都感興趣，他是一個達·芬奇式的人物——一位多才多藝的科學家。他除了以物理學家和教授聞名外，也是一位潛泳運動員、旅行家、蘭花栽培家和語言學碩士，他還是教學唱詩班的歌手，曾當過哥倫比亞大學附近一所教堂的執(zhí)事。湯斯一踏上社會，就碰上第二次世界大戰(zhàn)。那時，整個國家都忙于為戰(zhàn)爭服務(wù)。年輕的湯斯一心想從事理論物理學的研究，卻找不到相應(yīng)的工作。最后他只得進一家電氣公司，當一名雷達工程師。雷達工程師的職責范圍是研究雷達整體結(jié)構(gòu)和工藝的設(shè)計，而不是搞純理論的研究。但是，湯斯的才能并沒有因此而被埋沒；戰(zhàn)爭需要雷達，而制造先進的雷達需要扎實的微波電子學知識。于是湯斯開始悉心鉆研微波電子學。不久他就成了一位精通微波電子學的專家，發(fā)明了第一臺微波激光器。 5h6c W 成功是從一次失敗的實驗開始的。 >^5U XQr m^M sp:T, 第一次世界大戰(zhàn)時，飛機速度慢，發(fā)動機的聲音響。防空部隊靠耳朵聽飛機響聲來判斷有無敵機入侵。開始時，請聽覺特別靈敏的盲人監(jiān)聽。后來改用裝有大喇叭的聽音器來偵察敵機的來去。第二次世界大戰(zhàn)期間，飛機的飛行速度大大提高了，差不多可以達到聲音速度的一半。用聽聲音的方法來偵察敵機實在太慢，往往聽到飛機馬達轟鳴聲時，敵機就快到頭頂上空了。因此，各國都集中科學家加緊研究制造當時剛誕生的電子防空設(shè)備——雷達。雷達的核心部分是微波振蕩器，它產(chǎn)生頻率極高的電磁波，通過雷達天線發(fā)射出去，射向目標；目標把射到它表面上的一部分電磁波反射回來，被雷達接收器接收后，在熒光屏上顯示出目標的方位和距離。電磁波的傳播速度為每秒30萬公里，比當時飛機每小時幾百公里的速度不知快多少倍，這就滿足了盡早發(fā)現(xiàn)飛機的要求；另外靠聽音確定飛機的方位是很不準確的，只能知道飛機在某方位幾十度的一個大概范圍。雷達卻能以誤差只有幾度的精確度測定飛機的具體位置。 LWp#i8, 'ZboLoS*- 交戰(zhàn)國家都想使自己的雷達性能超過對方的雷達，以便能更有效地對付入侵的飛機，所以千方百計研制新型雷達。改進的途徑之一是把雷達的工作頻率不斷提高。因為當時巳出現(xiàn)了能干擾對方雷達的**設(shè)備。比如一群飛機飛來，其中一架飛機離開機群很遠，上面裝著能向?qū)Ψ嚼走_站發(fā)射強電磁波的設(shè)備。這種強電磁波信號在對方雷達屏幕上把機群反射的弱電磁波信號掩蓋住了，使雷達變成“盲人”，機群就能悄悄地溜進對方上空，這是一種現(xiàn)代電子障眼法。為了對付這種干擾，就要設(shè)法讓自己的雷達發(fā)出的電磁波頻率和對方干擾電磁波頻率不一樣，而雷達接收器對本身發(fā)出的電磁波有很高的靈敏度，這樣，對方的干擾就不起作用了。因此，需要研究具有新的頻率的電磁波。 1P[[PvkD6 oYn|>`+6:y 那時，新設(shè)計的雷達，工作頻率都做得很高，達到 1 萬兆赫茲，波長 3厘米。理論證明：波長越短，發(fā)射出去的波束就越細，發(fā)現(xiàn)目標確定它的位置的精度就能提高。再有，工作頻率越高，發(fā)射天線可以造得越小，戰(zhàn)地使用，把它安裝在車輛上，機動性和靈活性提高不少。 0l&#%wmJ, [9U: : 為了進一步提高雷達的工作頻率， 美國空軍要湯斯研究波長為1.25厘米的雷達，開拓雷達技術(shù)的新領(lǐng)域，利用這種新雷達制造精確的轟炸瞄準設(shè)備。湯斯預(yù)測波長這么短的電磁波要被空氣中的水汽吸收掉，不能用于雷達。試驗的結(jié)果證明他的預(yù)見是對的。 6mAaFDI,R &W@#p G 但是，湯斯并沒有就此止步，而是轉(zhuǎn)過來研究水汽吸收電波的問題。在研究中，他發(fā)現(xiàn)氨具有吸收電磁波等一系列現(xiàn)象，從而創(chuàng)立了一門全新的物理學科——微波波譜學，這是一把揭開微觀世界秘密的鑰匙。不久哥倫比亞大學聘請他為物理學教授。 OPtFz6 dNg5#?mzT5 當了教授后，他并沒有停止自己的研究，而是把目標集中到如何產(chǎn)生毫米波、亞毫米波的問題上。這是當時科學技術(shù)上一大難題，還沒有人能解決，強烈的求知欲促使他向這一科學技術(shù)新領(lǐng)域進軍。 N& 683z GjD ^\d/ 那時，產(chǎn)生頻率高、波長短的電磁波，譬如厘米波，都使用相應(yīng)的金屬作為振蕩器的諧振腔；產(chǎn)生波長比厘米波更短的毫米波或亞毫米波，須用比火柴梗還要細的金屬盒。最難的是盒子的內(nèi)壁必須打磨得十分光潔，而這卻是當時的工藝水平所辦不到的。 4gkaCk{] }cPH}[ $zF 湯斯遇到難題了。然而，難題的挑戰(zhàn)更激起他的興趣；科學研究從來沒有康莊大道，關(guān)鍵是要找到一把克服困難、解決難題的鑰匙。 7)U0 8" -mur` tC 他首先從電磁波的波長必然還要向更短的方向發(fā)展這個角度考慮：即使能將產(chǎn)生毫米波的金屬盒子奇跡般地加工出來，那么以后要產(chǎn)生微米波用的更細更小的盒子又怎么辦呢？因此必須從根本上找到一種產(chǎn)生高頻電磁波的新方法。 EFqYEDXW 2Sg^SZFH+o 一個另辟蹊徑的念頭在湯斯的頭腦里閃過：利用微小的原子結(jié)構(gòu)所固有的頻率來產(chǎn)生毫米波。這真是創(chuàng)造性的大膽設(shè)想。接下去要做的不僅是要從理論上推導這種設(shè)想的可行性，還要用實驗來證明技術(shù)上也完全是能夠辦得到的。 [zv@} @$ )E hR qX9 沒有任何現(xiàn)成的實驗設(shè)備，湯斯便利用原來做微波實驗的設(shè)備，從研究分子運動產(chǎn)生厘米波著手，鑒定自己所依據(jù)的原理和實驗方法是否對頭，為進一步產(chǎn)生毫米波做準備。 nS5g!GYY,k 9nrmz>es|- 1950 年初，美國海軍研究署建立了一個由科學家和工程師組成的委員會，研究產(chǎn)生毫米波和亞毫米波的方法。 %{*A@jQsg aI'MVKwMk 1951年春，湯斯到華盛頓參加委員會召集的第二次會議。他人雖然坐在會議桌旁。腦子里卻不斷映現(xiàn)出他思考著的各種計算公式和實驗方案。一天清晨，曙光熹微，大地還蒙在一層薄紗之中。他醒來就想起了隔天推導的計算公式還不夠完善，正好利用清晨頭腦清楚的好時光，重新研究修改。他輕手輕腳地穿好衣服，走出了旅館，來到附近的富蘭克林公園。春天的公園是迷人的，樹梢嫩葉初長，花圃盛開著一叢叢火紅的杜鵑花，一陣陣鳥鳴聲使人覺得早晨格外寧靜。湯斯在一只長椅上坐下來，眼睛望著艷麗的花朵出神，腦子卻不斷想著產(chǎn)生波長極短的電磁波的計算公式。一串串數(shù)字、一組組方程在湯斯的頭腦中像泉水一樣涌現(xiàn)出來。突然，他想到一種新的計算方法，連忙從口袋里摸出筆來，只是沒有紙，翻遍口袋，只找到一只用過的信封，就把信封撕開，在信封的背面列出幾道算式算了起來。 e [
|
