激光之父：1964年诺贝尔物理学奖得主汤斯博士

[摘要]美国实验和理论物理学家、发明家和教育家查尔斯·汤斯是微波激射器（Maser）的主要发明者和激光器（Laser）的先驱者之一，与前苏联（现俄罗斯）物理学家和微波波谱学家巴索夫以及普罗霍罗夫分享1964年诺贝尔物理学奖，还与多人共享“激光之父”之美誉。激光技术是20世纪人类的重大技术发明之一，为了纪念汤斯教授逝世1周年并寄托笔者的深情哀思，特撰写出此长文。笔者在此全面介绍了汤斯教授的生平与家庭成员；主要学术成就与贡献；与中国的渊源以及所获雅称、奖项与荣衔，重点梳理出激光技术波澜壮阔发展历程的整个脉络和概貌，还顺便简介了并非激光器的半导体发光二极管（LED）的发展概况，简明扼要地阐述了诺贝尔自然科学奖中与激光技术密切相关的有关情况。

[关键词]查尔斯·汤斯；能级（能态）；跃迁；受激辐射；微波波谱学；核磁共振；拉比树；粒子数反转；微波激射器（Maser）；量子电子学；工作物质（增益介质）；泵浦源；光泵浦；光谐振腔；激光（Laser）；红宝石激光器；激光技术；光纤通信（光通信）；网络；全息摄影术；精密测量；激光冷却技术；玻色—爱因斯坦凝聚态（BEC）；发光二极管（LED）；发明专利；诺贝尔自然科学奖

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.22.247

6 汤斯教授和中国的渊源

纵观汤斯教授的科研和执教职业生涯，其身旁和合作者中不乏华裔人士的身影。中国原子物理学家王天眷（Wang Tian/Tien-Chuan，1912.04.20—1989.02.20）攻读博士学位期间，1952年在汤斯实验室与肖洛等人合作进行了氯同位素四极矩耦合比的测定^[1]，1953年12月获哥伦比亚大学物理学PhD。王天眷是1954年汤斯小组研制第二台Maser的主要成员，对验证Maser具备天然的频率稳定性（其稳定度达10-11数量级）作出重要贡献。^[2～3]文献[4]是汤斯得以荣获诺奖的重要论文，作者在文中最后“对王天眷先生在实验后期熟练的帮助表示感谢”^[5]，据说后来汤斯曾付给齐格尔和王天眷专利费各1000美元。1960年王天眷自法国返回祖国效力，其主要学术贡献是在NQR的研究中发明了信号反馈振荡器检波电路——王氏电路和因NQR的精确测量在实验上证实核十六极矩的存在。^[6]1994年由国内外知名专家学者捐资创建王天眷基金会并颁发王天眷波谱学奖（逢偶数年颁奖）。文献[2]的第一作者是日本物理学家霜田光一（Kōichi Shimoda，1920.10.05—），他是日本激光研究的领路人和元老。1953—1961年汤斯教授和李政道同在哥伦比亚大学物理系执教，是同事关系。^[7]

UCB华裔量子物理学家赵雷蒙是汤斯教授在MIT的博士研究生，攻读博士期间师生于1964年合作首次观察到受激布里渊散射现象并获得受激布里渊参量器的美国专利（US3469107）。^[8]

来自香港的张炽堂博士是1968—1969年汤斯小组发现氨和水星际分子的最重要成员，他还首次发现太空中早就存在的自然微波激射现象。后来科学家们已探知：宇宙空间中自然产生的微波激射现象有100多种不同类型，它们已存在了几十亿年。

美籍华裔天文学家贺曾朴（Paul Tseng-Pu Ho，1951.04.12香港—）祖籍上海，1963年移居美国，1977年获MIT物理学PhD，1977—1979年任马萨诸塞大学研究助理，1979—1982年任UCB射电天文实验室研究助理，1982—1990年任哈佛大学天文学助理教授和副教授（1986年晋升），1989—2005年任史密松天体物理台（SAO）资深天体物理学家，后任国立台湾大学、国立中央大学和国立清华大学教授。1979年贺曾朴和汤斯、张炽堂等人合作发表论文《猎户座分子云的氨分子观测》^[9]，该文第6作者M.F.Chui也很可能是华裔，他们和汤斯是UCB物理系的同事；1983年贺曾朴和汤斯又合作发表论文《星际氨分子》。^[10]

根据笔者的初步了解，汤斯教授和中国的渊源或到中国参与的活动主要有：①1956年5月初，汤斯携全家6口启程赴日本游学，他们周游的路线依次是以色列→印度→缅甸→泰国→中国香港→东京。②1981年时任美中学术交流委员会主席的汤斯教授率团访华，11月16日下午受到国务院副总理余秋里的会见。③2002年汤斯与其他12位诺物奖得主、1位诺化奖得主（李远哲）和1位菲尔兹奖得主（丘成桐）齐聚北京，参加清华大学高等研究中心（1997年6月2日成立，杨振宁出任该中心名誉主任）举办的前沿科学国际研讨会（会期：06.17～19）暨杨振宁先生诞辰80周年活动，6月17日汤斯教授做了《激光，它的功用及产生》的报告，次日下午他来到清华大学经管学院报告厅参加香港凤凰卫视第86期“圣凯诺·世纪大讲堂”的现场节目录制。④应中国科协和香港周凯旋基金会之邀，汤斯教授专程到北京参加第四届“明天小小科学家”的颁奖典礼（2004.02.06）。⑤2005年8月18日汤斯教授访问香港中文大学并主持题为“激光”的公开讲座，其后转赴长春参加国际光学委员会（ICO）第20届学术大会（简称为第20届国际光学大会，会期：08.22～26），大会主题是“挑战新世纪光学科技”。

7 汤斯教授所获雅称、奖项与荣衔

汤斯教授所享有的雅称（誉称）主要有：①激光之父：因发明Maser并成为Laser的先驱而与巴索夫、普罗霍罗夫和肖洛等人共享。古尔德因在激光发明专利权的争夺战中最终赢得部分胜利，获得重要的光泵浦激光放大器和气体放电激光器的美国专利，故有时也被称誉为“激光之父”。②量子电子学之父：汤斯、巴索夫和普罗霍罗夫因发明Maser而成为量子电子学的奠基人并共享此雅称，他们还把量子力学的概念和方法成功地引入到电子学领域，为量子电子学的创建和发展奠定了基础。

汤斯教授所荣获的奖项种类很多，见表4。

注1：古根海姆（John Simon Guggenheim，1867—1941）是美国商人、政治家和慈善家，1925年古根海姆夫妇创设古根海姆纪念基金会，以纪念他们1922年早逝的儿子约翰，古根海姆学者奖始颁于1925年，每年颁奖一次，奖励来自美加或拉丁美洲地区的以中青年为主的科学家和艺术家。

注2：美国国家科学院（NAS）成立于1863年3月3日，康斯托克（Cyrus Ballou Comstock，1831—1910）是美国职业军官，康斯托克物理学奖始颁于1913年，除1993年和1999年是相隔6年颁奖，其余均是每5年颁奖一次，每次颁奖给1～2人。

注3：因研发出Maser，汤斯与美国电气工程师阿尔伯特·泰勒（Albert Hoyt Taylor，1879—1961，对雷达早期发展作出显著贡献）分享1959年巴兰坦奖章；因在Maser运行方面的理论工作（Theoretical work on Maser operation），汤斯与贾范、梅曼和肖洛分享1962年巴兰坦奖章。布洛姆伯根、斯柯维尔和江崎玲於奈（1973PH32）分享1961年巴兰坦奖章。

注4：美国无线电工程师学会（IRE）成立于1912年，利布曼纪念奖始颁于1919年，以纪念“一战”中牺牲于今比利时西佛兰德斯省（West Flanders province）瓦勒海姆自治市（Waregem municipality）的美国陆军中校利布曼，1964年更名为IEEE Morris N.Liebmann Memorial Award，2001年起被IEEE Daniel E.Noble Award所取代，诺布尔（Daniel Earl Noble，1901—1980）是美国工程师，曾任摩托罗拉公司（Motorola Corp.）副董事长。除1967年、1987年和1999年未颁奖以外，每年颁奖给1～3人。

注5：美国艺术与科学院（AAAS）成立于1780年5月4日，拉姆福德奖由英国物理学家拉姆福德伯爵（Count Rumford=Sir Benjamin Thompson，FRS，1753.03.26马萨诸塞州Woburn—1814.08.21巴黎，1789年当选为AAAS外籍荣誉院士）于1796年捐资5000美元而创设，始颁于1839年，不定期颁奖。1796年拉姆福德伯爵还给英国皇家学会RS（Royal Society，1660年11月28日成立）捐资5000美元创设拉姆福德奖章（Rumford Medal，始颁于1800年，逢偶数年颁奖）。

注6：美国无线电公司（RCA）成立于1919年，其总部设在纽约市，1986年停止运转；美国电气工程师学会（AIEE）成立于1884年，1963年1月1日AIEE和IRE合并组建美国电气和电子工程师学会（IEEE）。萨尔诺夫（David Sarnoff，1891—1971）是美国籍白俄罗斯裔商人、美国广播电视业的先驱和巨头，RCA和全国广播公司NBC（National Broadcasting Company）的长期领导者，被誉为“美国广播通信业之父”。电子学领域的萨尔诺夫奖始创于1959年，原由RCA和AIEE合作设立，1963年起由IEEE负责颁奖，1989年起萨尔诺夫公司成为其赞助商，每年颁奖给1～3人。

注7：卡蒂（John Joseph Carty，1861.04.14—1932.12.27）是美国电气工程师，1916年获富兰克林学会颁发的富兰克林奖章，1917年获IEEE爱迪生奖章。卡蒂科学进步奖始颁于1932年（卡蒂本人），不定期颁奖。

注8：伦敦物理学会（Physical Society of London）成立于1874年2月14日，物理学研究所成立于1920年，1960年两者合并为新的物理学研究所。托马斯·杨（Thomas Young，1773—1829）是英国博学家（polymath）和内科医师，以光学方面著名的杨氏双缝干涉实验（1801年）而闻名，1803年他将干涉原理用于解释衍射现象。托马斯·杨奖章和奖金始颁于1963年，逢奇数年颁奖。

注9：美国化学学会（ACS）成立于1876年成立，哈里森·豪（Harrison Estell Howe，1881—1942）是ACS罗切斯特分部创始人，哈里森·豪奖始颁于1945年，现基本上是每年颁奖给1人。

注10：宾夕法尼亚州迪金森学院（1783年9月9日正式成立）的前身Carlisle Grammar School成立于1773年，普利斯特里（Joseph Priestley，FRS，1733—1804）是英国神学家、自然哲学家和化学家，因他坚持燃素说而未能成为化学革命的先驱。普利斯特里奖始颁于1952年，仅1968年未颁奖，每年颁奖给1人。请注意不要将该奖与ACS颁发的普利斯特里奖章（Priestley Medal/Medalin，始颁于1923年）相混淆。

注11：IEEE荣誉奖章始颁于1917年，每年只颁奖给1人。

注12：美国光学学会（OSA）成立于1916年，2008年起已正式更名为The Optical Society，但缩写仍沿用。米斯（Charles Edward Kenneth Mees，FRS，1882—1960）是英国科学家和摄影师，米斯奖章于1962—1968年逢偶数年颁奖，1971年起逢奇数年颁奖，每次只颁奖给1人。

注13：国家航空航天局（NASA）成立于1958年7月29日，杰出公共服务奖章始颁于1967年，1969年是第二届，现每年颁奖一次。

注14：奥地利商会（GV）成立于1839年，埃克斯纳奖章始颁于1921年，每年颁奖一次，由奥地利总统亲自颁奖。该奖是为了纪念GV名誉会长、奥地利林业科学家埃克斯纳（Wilhelm Franz Exner，1840.04.09—1931.05.25）成为GV会员60周年而创设的。

注15：美国物理学会（APS）成立于1899年5月20日，普利勒（Earle Keith Plyler，1897—1976）是美国物理学家，红外光谱学和分子光谱学的重要开拓者。分子光谱学和动力学普利勒奖始颁于1977年，每年颁奖一次。

注16：尼尔斯·玻尔国际金质奖章是为纪念丹麦物理学家尼尔斯·玻尔（Niels Henrik David Bohr，1885.10.07—1962.11.18）70华诞而创设的，由丹麦工程师学会（IDAI）、尼尔斯·玻尔研究所（1921年3月3日成立）和丹麦皇家科学院（1742年11月13日成立）共同管理。该奖始颁于1955年，首届获奖者即尼尔斯·玻尔本人，1955—1958年和1967—1982年每3年颁奖一次，另于1965年和2013年各颁奖一次，每次只颁奖给1人。

注17：南卡罗来纳科技堂成立于1978年，勒孔特兄弟（物理学家，John LeConte，1818—1891；地质学家，Joseph LeConte，1823—1901）都是美国科学家，勒孔特大奖章始颁于1978年，不定期颁奖，每次颁奖给1～3人，可授予已逝者。关于汤斯获颁该奖的年份，包括英文版维基网在内的“2005年”之说有误，这是以讹传讹的结果。

注18：美国国家科学基金会（NSF）成立于1950年5月10日，美国国家科学奖（NMS，又称Presidential Medal of Science，即总统科学奖章）是由美国政府（国会批准，总统亲自颁奖）颁发的最高科学技术专业荣誉奖，号称“美国的诺贝尔奖”，1959年8月25日设立，1962年首次颁发，基本上每年颁奖一次，NSF下属的国家科学奖章委员会负责推荐奖章候选人给总统，每次获奖者不超过20人。只授予在世的美国公民或已拥有美国永久居民权的外籍公民（绿卡公民），一般不重复颁奖。NMS的颁奖领域包括行为和社会科学（behavioral and social science，根据1979年美国科学促进会的建议增设，经济学纳入此领域）；生物科学（biological sciences）；化学（chemistry，后分设或增设）；工程科学（engineering sciences）；数学、统计学和计算机科学（mathematical，statistical，and computer sciences）；物理学（physical sciences）6个方面。^[22]首届（1963年2月18日肯尼迪总统亲自颁奖）唯一获奖者（属工程科学奖）是加州理工学院喷气推进实验室教授冯·卡门（Theodore von Krmn，1881.05.11—1963.05.06，被誉为“超音速航空之父”），以表彰他在火箭科学领域的卓越贡献。1939年钱学森获加州理工学院航空和数学PhD，冯·卡门便是其博导。

注19：多伦多天文俱乐部成立于1868年12月1日，1890年注册正式成立多伦多天文学和物理学会（The Astronomical and Physical Society of Toronto），1903年3月3日更名为加拿大皇家天文学会RASC（Royal Astronomical Society of Canada），1971年5月组建加拿大天文学会（CASCA）。皮特里奖始颁于1970年，1977年起逢奇数年颁奖且只颁奖给1人，该奖是为纪念加拿大天文学家皮特里（Robert Methven Petrie，1906—1966）而创设的。

注20：1982年匹兹堡信托储蓄公司（Pittsburgh Trust and Savings Company，1852年成立）和节俭国民公司PNC（Provident National Corp.，1865年成立）合并组建为PNC金融服务集团。公共财富奖是根据美国企业家和慈善家海耶斯（Ralph W.Hayes，1894.09.27—1977.06.20，1943—1965年任职于PNC银行董事会）的遗嘱而创设的，始颁于1979年，每年颁奖一次，颁奖领域涉及以下8个方面：戏剧艺术（dramatic arts）、文学（literature）、科学（science）、发明（invention）、大众传播（mass communications）、公共服务（public service）、政府（government）和社会学（sociology）。

注21：法国尼斯天文台（Observatoire de Nice；Nice Observatory）建成于1878年，1988年尼斯天文台和天文学地球动力学研究中心（CERGA，1974年建成）合并组建蔚蓝海岸天文台OCA（Observatoire de la Cte dAzur）。ADION成立于1962年，ADION奖章于1963—1988年每年颁奖给1人，停止颁奖2年后于1991年恢复（1999年未颁奖）。

注22：美国科学家和工程师赫伯特·艾夫斯（Herbert Eugene Ives，1882—1953，1937年艾夫斯奖章得主）是彩色电视、摄像和彩色传真的先驱，1924—1925年出任美国光学学会（OSA）第6任会长，1928年赫伯特捐赠创设艾夫斯奖章（始颁于1929年，1929—1951年每2年颁奖一次，自1952年起每年颁奖一次），以纪念自己的父亲和发明家弗雷德里克·艾夫斯（Frederic Eugene Ives，1856—1937），弗雷德里克是现代照相凸版印刷术的发明者，对彩色摄影和三色印刷作出过开拓性贡献。美国物理学家奎因（Jarus William Quinn，1930—2012）于1969—1994年出任OSA首任执行主任，该奖奖金来自于1994年奎因捐资设立的基金。

注23：美国联邦政府所属独立机构哥伦布奖基金会是美国总统老布什于1992年5月13日签署国会已通过的Public Law 102-281而创设的，以纪念哥伦布发现美洲大陆500周年。阿农齐奥奖始颁于1998年，以伊利诺伊州国会众议员（任期：1965—1993）阿农齐奥（Frank Annunzio，1915—2001）的名字命名，只授予在世者，目的在于鼓励与支持各项造福人类的研究工作。

注24：孟德尔奖章始颁于1929年，1929—1943年以及1995年起均是每年只颁奖给1人。维拉诺瓦大学校园内建有纪念奥地利遗传学家、现代遗传学之父（Father of modern genetics）孟德尔（Gregor Johann Mendel，1822.07.22—1884.01.06）的孟德尔楼（Mendel Hall）和孟德尔区（Mendel Field）。

注25：印度亚洲学会于1784年成立于加尔各答，泰戈尔（1861.05.07—1941.08.07，1913LI）是著名印度诗人。

注26：俄罗斯科学院（RAS）于1724年2月8日成立于圣彼得堡，罗蒙诺索夫（Mikhail Vasilyevich Lomonosov，1711—1765）是俄国科学家和博学家，罗蒙诺索夫金质奖章始颁于1959年，现每年颁奖一次。

注27：美国国家工程院（NAE）成立于1964年12月5日，NAE创始人奖始颁于1966年，每年只颁奖给1人。除25位真正创始人以外的NAE院士或外籍院士才有资格获奖。为纪念真正创始人中唯一健在者、美国物理学家和洲际弹道导弹（ICBM）之父（Father of the intercontinental ballistic missile）西蒙·拉莫（Simon ″Si″ Ramo，1913.05.07—）博士的百年华诞，自2013年5月7日起，该奖已正式更名为西蒙·拉莫创始人奖（Simon Ramo Founders Award）。

注28：德国天文学会于1863年成立于海德堡，史瓦西（Karl Schwarzschild，1873—1916）是德国物理学家和天文学家，史瓦西奖章始颁于1959年，现每年只颁奖给1人。

注29：美国搜寻地外文明（SETI）研究所于1984年由UCB正式发起成立，旨在“探索、理解并解释宇宙中生命的起源、特性和传播”。德雷克奖（Frank Drake Award，又称SEIT Award）是为纪念康乃尔大学天体物理学家德雷克（Frank Donald Drake，1930.05.28—）于1960年首次完成SETI实验（Project Ozma，即奥兹玛计划）而命名的，2001年首位SEIT奖被授予德雷克本人。

注30：得克萨斯A&M大学（TAMU）成立于1976年10月4日，原名Agricultural and Mechanical College of Texas。特罗特奖始颁于2002年，由该大学科学学院负责颁发，每年颁奖一次，除2007年只颁奖给1人以外，其余均颁奖给2人。该奖是TAMU研究生院前院长（任期：1949—1956）和农学家老特罗特（Ide Peebles Trotter，Sr.，1895.12.12—1973.04.24）的儿子（Ide Peebles Trotter，Jr.）和儿媳（Luella H.Trotter）为纪念已故父亲而创设的，老特罗特于1952年发起设立一个研究生系列讲座（graduate lecture series），特罗特奖现是特罗特系列讲座（Trotter Lecture Series Lecturer）的组成部分。请注意不要将该奖与美国体质人类学家协会AAPA（American Association of Physical Anthropologists，1930年成立）创设的米尔德里德·特罗特奖（Mildred Trotter Prize）相混淆，米尔德里德·特罗特（Mildred Trotter，1899.02.03—1991.08.23）是美国女法医人类学家，1955—1957年任AAPA会长。

注31：2002年汤斯因“科学与宗教的融合”（The Convergence of Science and Religion）方面的贡献获首届特罗特奖，与英国分子生物学家克里克（1962PM31）分享。2009年汤斯又以“科学与宗教的平行以及可能的最终融合”（The Parallelism and Likely Eventual Convergence of Science and Religion）再次获奖，与哈佛大学天文学和科学史教授金格里奇（Owen Jay Gingerich，1930—）分享。^[23]早在1966年，汤斯就在IBM公司出版的《思索》杂志发表过论文《科学与宗教的融合》。^[24]

注32：特莱瑞德科技节始于2000年，第四届科技节于2003年8月8～10日在科罗拉多州圣米格尔县（San Miguel county）首府特莱瑞德镇举行。

注33：坦普尔顿（Sir John Marks Templeton，1912.11.29田纳西州Winchester—2008.07.08巴哈马首都拿骚，1968年放弃美国籍而入籍英国，被誉为“全球投资之父”，史上最为成功的基金经理）是英国投资家、商人和慈善家，1972年他捐资创设坦普尔顿奖（始颁于1973年，每年颁奖一次，除1989年和1990年各颁奖给2人以外，每次只颁奖给1人，只授予在世者），原名促进宗教坦普尔顿奖（Templeton Prize for Progress in Religion），2002年更名为促进精神领域的研究或发现坦普尔顿奖（Templeton Prize for Progress Toward Research or Discoveries about Spiritual Realities），2009年起更为现名，旨在鼓励科学与宗教对话，以刻意使奖金金额高于诺贝尔奖而著称，因为坦普尔顿爵士认为精神领域的探索比物质世界的发现更重要。坦普尔顿基金会成立于1987年。截至2015年年底，坦普尔顿奖得主共计45位，其中5位诺奖得主依次是：1973年得主特蕾莎修女（1979PE）、1983年得主索尔仁尼琴（1970LI）、2005年得主汤斯、2012年得主14世达赖喇嘛（1989PE）和2013年得主图图（1984PE）。汤斯曾任阿特拉斯经济研究基金会（1981年成立）坦普尔顿自由奖顾问委员会（Atlas Economic Research Foundation Templeton Freedom Awards Advisory Council）委员。2005年5月4日在伦敦白金汉宫举行当年坦普尔顿奖的颁奖典礼，奖金额是150万美元（当年每项诺奖奖金额是1000万瑞典克朗，约合137万美元）。

注34：美国国家科学董事会（NSB）成立于1950年5月10日，万尼瓦尔·布什（Vannevar Bush，1890—1974）是美国杰出工程师和科学家管理者，为哈曼顿计划（Manhattan Project）发挥过巨大的政治作用。万尼瓦尔·布什奖始颁于1980年，每年颁奖给1～2人（1990年未颁奖）。

注35：汤斯因终身科学成就和政治才能（for Lifetime Contributions and Statesmanship to Science）而获奖，与美国籍印度裔计算机科学家和人工智能专家瑞迪（Dabbala Rajagopal ″Raj″ Reddy，1937.06.13—，1994年图灵奖得主）分享。

注36：国际光学工程学会（SPIE）又称国际光学与光子学会（International Society for Optics and Photonics），1955年7月1日成立，原名Society of Photographic Instrumentation Engineers，1964年更名为Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers，2007年起更为现名，缩写仍沿用。SPIE金质奖章始颁于1977年，每年颁奖一次，除1997年颁奖给一对美国天文学家夫妇以外，每次只颁奖给1人。

注37：美国激光学会（LIA）由梅曼等激光先驱创建于1968年2月，原名激光工业协会（Laser Industry Association），1972年更为现名，其总部现设在佛罗里达州奥兰多（Orlando），专业从事激光应用和安全的学术认证机构，其使命和任务是促进全球激光及其应用和激光安全性。LIA终身成就奖始颁于2010年，在第29届（时间：2010.09.26～30，地点：加州Anaheim）激光和电光学应用国际大会ICALEO（International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics）上，汤斯被授予首届LIA终身成就奖。

注38：美国科学促进会（AAAS）成立于1848年9月20日，原名Association of American Geologists and Naturalists。金鹅奖始颁于2012年，旨在奖励那些追求稀奇古怪的科学研究课题，最终能对健康和经济产生显著影响的研究人员，其名称来源于格林童话故事中会下蛋的金鹅。该奖每年公布3～4次获奖名单，可授予已故者，1年中只在华盛顿举行一次颁奖典礼。

注39：美国机械工程师学会（ASME）成立于1880年，菲茨罗伊奖章创办于2011年，始颁于2012年，每年只颁奖给1人。南希·菲茨罗伊（Nancy Burr Deloye Fitzroy，1927—）是美国女工程师，ASME首任女会长（任期：1986—1987），世界上首批女直升机飞行员之一，其丈夫罗兰·菲茨罗伊（Roland Victor Fitzroy，Jr.，1922—2004）亦喜爱飞行。

注40：国际天文学联合会（IAU）成立于1919年，总部设在巴黎，其第54委员会即光学与红外干涉（Optical and Infrared Interferometry）委员会。斐索（Armand Hippolyte Louis Fizeau，1819.09.23—1896.09.18）是法国物理学家，以发明用于测量光速的斐索—傅科仪（1850年）而闻名。

此外，汤斯教授还获得过以下奖项和勋章：①1958年获纽约报业协会（Newspaper Guild of New York）颁发的科学页面奖（Page One Award for Science）。②1959年获美国空军颁发的卓越服务奖（Exceptional Service Award）。③1962年获空军协会AFA（Air Force Association）颁发的科学奖（science trophy）。④1965年获波士顿杰出成就奖章（Boston Medal for Distinguished Achievement）和电气绝缘大会（Electrical Insulation Conference）颁发的欧米加金奖（Golden Omega Award）。⑤1966年获加州理工学院校友杰出服务奖（Alumni Distinguished Service Award）。⑥1967年获南方浸礼会神学院（The Southern Baptist Theological Seminary）颁发的年度牧师奖（Churchman-of-the-Year Award）。⑦1969年获美国学术成就学会（American Academy of Achievement）颁发的金盘奖（Golden Plate Award）。⑧1970年获美国凯斯西储大学CWRU（Case Western Reserve University）颁发的迈克耳孙—莫雷奖（Michelson-Morley Award）。⑨1980年获南卡罗来纳科学委员会（The South Carolina Science Council，1977年成立）和南卡罗来纳科技堂颁发的引文桂冠奖（Citation，后更名为Helms citation of excellence）。B101986年获纽约大都会博物馆MMA（Metropolitan Museum of Art）颁发的弗洛里希奖（Ludwig William ″Bill″ Frhlich Award）和伯克利引文桂冠奖（Berkeley citation）。B111990年获法国荣誉勋位勋章（旧译为“荣誉军团勋章”，Légion dhonneur；Legion of honor，1802年创设，共设五等）军官勋位（Officer，属第四等）。B122000年获美国物理联合（AIP）颁发的最佳科学著作作者（Author of Best Book on Science）奖。B132003年获印度海得拉巴比尔拉科学中心颁发的终身成就科学奖（Lifetime Achievement in Science Award）。B142009年获南卡罗来纳州最高平民荣誉——矮棕榈（扇榈）勋章（Order of the palmetto）。B15因对物理学和激光技术创新发展的贡献，2009年获俄罗斯驻美大使馆颁发的国际莱昂纳多奖（International Leonardo Award）。B16因发明Maser/Laser而对人类作出独特贡献，2012年获尼泊尔全球合作协会（Nepal Association for Global Cooperation）颁发的感谢匾。

1980年美国光学学会（OSA）创设汤斯奖（Charles Hard Townes Award），以奖励在量子电子学领域有重大发现或发明的个人，始颁于1981年，每年颁奖一次，除1981年和1984年各有2人获奖以外，其余年份均是1人获奖。美国有3所大学建立了以汤斯名字命名的学术机构：①2007年5月6日汤斯激光研究所TLI（The Townes Laser Institute）在隶属于中佛罗里达大学光学和光子学学院的2个机构——光学和激光研究教育中心CREOL（1986年成立，原名The Center for Research in Electro-Optics and Lasers，后更名为The Center for Research and Education in Optics and Lasers）以及佛罗里达卓越光子学中心FPCE（Florida Photonics Center of Excellence，2003年成立）的赞助下成立。②2008年福尔曼大学投资6250万美元兴建汤斯科学中心（The Charles H.Towns Center for Science），该中心内的一个阅览室以汤斯妻子弗朗西斯的名字命名。③2008年莱姆森学院创建汤斯光学科技实验室（The Charles H.Towns Laboratories for Optical Science and Technology）。美国三大光学中心分别位于亚利桑那大学、罗切斯特大学和中佛罗里达大学。

美国科学家群体荣获美国《时代》周刊1960年度风云人物称号，他们由以下15位科学家（其中有12位诺奖得主）组成：比德尔（1958PM32）、惯性导航系统之父（Father of inertial navigation）德雷珀（Charles Stark ″Doc″ Draper，1901.10.02—1987.07.25）、恩德斯（1954PM31）、格拉泽（1960PH）、莱德伯格（1958PM31●）、利比（1960CH）、鲍林（1954CH & 1962PE*）、珀塞尔（1952PH22）、拉比（1944PH*）、塞格雷（1959PH21）、肖克利（1956PH31）、氢弹之父爱德华·特勒（Edward Teller，1908.01.15—2003.09.09）、汤斯、太空科学家范艾伦（James Van Allen，1914.09.07—2006.08.09，以1958年发现范艾伦辐射带而知名）和伍德沃德（1965CH）。

汤斯教授于1956年当选为美国国家科学院（NAS）院士，1957年当选为美国艺术与科学院（AAAS）院士，1960年当选为美国哲学学会APS（American Philosophical Society，1743年成立）会员，1970年当选为美国光学学会（OSA）荣誉会员，1969—1972年和1978—1981年任NSA理事会成员，1970—1973年任NSA空间科学委员会（Space Science Board）主席，1980—1989年任NSA国际安全和军备控制委员会CISAC（Committee on International Security and Arms Control）主席。1976年当选为英国皇家学会外籍会员，1983年1月26日当选为罗马梵蒂冈教皇科学院（Pontifical Academy of Sciences，Rome）院士，1994年当选为俄罗斯科学院外籍院士，1996年当选为俄罗斯穆拉文斯基光学学会（Rozhdestvensky Optical Society）荣誉会员、纽约科学院终身荣誉院士（honorary life member）和加利福尼亚科学院荣誉董事，1998年当选为美国国家工程院（NAE）电子学部院士，1999年当选为欧洲科学院（Academia Europaea，1988年成立，总部设在伦敦）物理学和工程学学部院士（No.1927），2012年当选为美国发明家学院NAI（National Academy of Inventors，2010年成立，总部设在佛罗里达州Tampa）院士（Charter Fellow）。汤斯还是以下组织机构的会员（成员）：国际天文学联合会（IAU）会员、美国物理学会（APS）会员（1959—1962年和1965—1971年任理事会成员，1966年任副会长，次年任会长）、德国马克斯·普朗克学会MPG[Max Planck Society，简称马普学会，其全称是Max Planck Society for the Advancement of Science，其前身是1911年成立的威廉皇帝学会（Kaiser Wilhelm Society），1948年更为现名]外籍会员、马克斯·普朗克物理学和天体物理学研究所[其前身是1917年10月成立的威廉皇帝物理学研究所，1948年更名为MPG马克斯·普朗克物理学研究所，1958年更名为马克斯·普朗克物理学和天体物理学研究所，1991年析置为普朗克物理学研究所（慕尼黑，又称海森堡研究所）、普朗克天体物理学研究所（慕尼黑Garching）和普朗克外空物理学研究所（慕尼黑Garching）]外籍会员、印度国家科学院（新德里）外籍院士、国家科学院（印度阿拉哈巴德Allahabad）外籍院士、IEEE终身会员（life fellow）、国际光学工程学会（SPIE）会员、ISA[其前身美国仪器仪表学会（Instrument Society of America）于1945年4月28日成立于匹兹堡，2000年更名为仪器、系统和自动化学会（The Instrumentation，Systems，and Automation Society），2008年更名为国际自动化学会（International Society of Automation），缩写则一直是ISA]会员、美国科学促进会（AAAS）会员、美国科学家联合会FAS（Federation of American Scientists）会员、美国天文学会AAS（American Astronomical Society，1899年成立，原名Astronomical and Astrophysical Society of America，1915年起更为现名）会员、美国地球物理联盟AGU（American Geophysical Union）盟员；美国社会学、伦理学和生命科学学会ISELS（Institute of Society，Ethics and the Life Sciences）准会员（associate member，无投票权）；美国物理教师协会AAPT（American Association of Physics Teachers，1930年12月31日成立）会员、美国大学教授协会AAUP（American Association of University Professors）会员、加州科学院院士、底特律工程学会ESD（Engineering Society of Detroit，1895年成立）荣誉会员、WHOI会员、法国物理学会会员、日本物理学会会员、比利时列日皇家科学协会（SRSL）会员、比利时生命学会（LInstitut de la vie，挂靠于布鲁塞尔自由大学）理事会成员、台湾光学工程学会荣誉会员、JASON（国防部和私人资助的科研小组，1959年成立于加州圣迭戈市）成员、美国PKP（Pi Kappa Phi）兄弟会（1904年12月10日成立，总部设在北卡罗来纳州Charlotte）成员、宇宙俱乐部（Cosmos Club，1878年成立于华盛顿的一个私人俱乐部）和探险者俱乐部（The Explorers Club，1905年10月25日成立于纽约市）成员等。

汤斯教授于1976年被载入美国国家发明家名人堂，1978年被载入家乡的南卡罗来纳名人堂（The South Carolina Hall of Fame，始于1973年）^[25]，1980年被载入南卡罗来纳科技堂，1983年被载入美国工程和科学名人堂（Engineering and Science Hall of Fame，1979年4月23日成立于俄亥俄州Dayton）。

汤斯教授参与的各种讲学、公益讲座（演讲）和访问学者活动主要有：①1950—1951年任ΣΞ科学研究学会（Sigma Xi Scientific Research Society，1886年创办于康奈尔大学）全国讲师（National Lecturer）。②1952年任密歇根大学暑期讲师（Summer Lecturer）。③1955—1956年任巴黎大学富布莱特讲师（Fulbright Fellow Lecturer），1956年任东京大学富布莱特讲师，1972—1973年任富布莱特外国学者奖董事会（J.William Fulbright Foreign Scholarship Board）林肯讲师（Lincoln Lecturer），1987年任法兰西学院和巴黎高等师范学校富布莱特讲师。1946年阿肯色州美国参议员（任期：1945—1974），富布莱特（James William Fulbright，1905—1995）倡议创建资助国际交流学者的富布莱特计划（Fulbright Program）并获国会批准实施。④1955年、1960年（时间：08.01～17）和1963年（出任session director，可译为会议总监，其成果是编辑出版《量子电子学和相干光》^[26]）三度出任物理学费米国际学校（International School of Physics “Enrico Fermi”）讲师^[27]，该讲座是意大利物理学会SIF（La Societ Italiana di Fisica；Italian Physical Society，1897年成立）主办的最重要的文化活动之一，1953年由时任SIF会长、物理学家和数学家波兰尼（Giovanni Polvani，1892—1970）教授创办，其举办地点在米兰东北科莫湖东岸的瓦伦纳（Varenna）渔村，举办时间一般安排在暑期。⑤1959年任美国物理教师协会（AAPT）里希特迈尔讲师（Richtmeyer Lecturer，始于1941年，即Richtmyer Memorial Lecture Award），其演讲题目是《Masers及其应用》（Masers and Their Applications）。^[28]⑥1963年秋任英国剑桥大学（诺奖官网“Biographical”中的“多伦多大学”有误）斯科特讲师（Scott Lecturer），其演讲题目是《Maser及其在科学研究中的应用》（Masers and Their Use in Scientific Research）。斯科特讲座1927年由亚瑟·斯科特（Arthur William Scott）教授捐赠遗产而创设，由剑桥大学物理系和卡文迪什实验室合办，始于1930年。^[29]⑦1967年任加拿大多伦多大学百年纪念讲师（Centennial Lecturer），1977年任该大学威尔士讲师（Harry Welsh Lecturer）。⑧1967年任纽约大学克洛斯凯访问讲师（Stanley H.Klosk Visiting Lectureship）。⑨1968年任伊利诺伊州奥古斯塔纳学院访问卡勒姆学者（Visiting Cullum Scholar）。B101971年（英文版维基网“1997年”之说有误）任美国国家射电天文台NRAO（National Radio Astronomy Observatory，1956年11月17日成立）央斯基讲师（Jansky Lectureship，即Jansky Prize，始于1966年，一年一次），他演讲的题目是《创作的探索》（Exploring for the Creation）。^[30]1931年8月贝尔实验室美国物理学家和无线电工程师央斯基（Karl Guthe Jansky，1905.10.22—1950.02.14）在研究影响跨越大西洋长途电话的射频干扰问题时偶然发现了周期性的无线电噪声，经过一年多的测量和分析，他发表论文宣称这是来自银河系中心的射电辐射^[31]，这是人类首次捕捉到来自太空的无线电波，开创了采用无线电波探测天体的新纪元。1937年9月美国射电天文学家（号称是世界上首位“射电天文学家”）和无线电工程师雷伯（Grote Reber，1911.12.22—2002.12.20，1950年获1次诺物奖提名）在自家后院首创抛物面型射电望远镜（直径9.45m、频率162MHz），用于观测太阳和其他一些天体发出的无线电波，1940年雷伯撰文证实宇宙射电辐射源不像央斯基认为的那样来自银河系中心，而是沿银河系的平面辐射^[32～33]，自此创立了射电天文学（radio astronomy，即射电天体物理学，通过观测天体的无线电波来研究天文现象的学科），这是天文学发展史上的一次大飞跃。随着类星体（quasars，1963.02.05）^[34]、星际分子（1963.10.15）、宇宙微波背景（1964.05.13）和射电脉冲星（radio pulsar，中子星的一种，1967.11.28）相继被发现（合称20世纪60年代天体物理学四大发现、近代天文学四大发现、射电天体物理学观测四大发现）以及对射电星系进行细致观测以后，射电天体物理学（radio astrophysics，用现代物理学理论解释天体的射电现象，探讨天体的物理状态、化学组成和演化过程的学科）应运而生。综合孔径射电望远镜、甚长基线干涉仪和射电天文谱线技术是现代射电天体物理学的重要手段。B111972年任约翰·霍普金斯大学雷姆森纪念讲师（Remsen Memorial Lecturer，即Ira Remsen Award，始于1946年）。B121976年任牛津大学物理系哈雷讲师（Halley Lecturer），哈雷彗星自1758年起以英国天文学家、地球物理学家、数学家和气象学家哈雷（Sir Edmond/Edmund Halley，Jr.，FRS，1656—1742）的名字命名，他首先预言该彗星的回归。B131982年任斯坦福大学希夫纪念讲师（Leonard I.Schiff Memorial Lecturer）和美国海军学院（U.S.Naval Academy）迈克耳孙纪念讲师（Michelson Memorial Lecturer）。2000年4月11日汤斯在斯坦福大学发表题为《利用红外空间干涉法观察老年恒星的行为》（Behavior of Old Stars Observed by Infrared Spatial Interferometry）的演讲，次日出任该大学第20届班扬讲座讲师（James T.Bunyan Lecture），再次发表题为《科学与宗教方面的逻辑与不确定性》（Logic and Uncertainties in Science and Religion）的演讲。B141986年任伊利诺伊大学香槟分校贝克曼讲师（Arnold Orville Beckman Lectures in Science and Innovation，始于1983年），其演讲题目是《量子电子学和激光：从深奥研究到高科技和流行语》（Quantum Electronics and Lasers：From Esoteric Research to High Tech and Popular Catchword）。B151987年任耶鲁大学舒尔茨讲师（Schultz Lecturer）。B161988年任剑桥大学达尔文学院系列讲座讲师（Darwin College Lecture Series，始于1986年）和加利福尼亚大学圣迭戈分校（UCSD）马拉尔讲师（Marlar Lecturer）。B171990年任得克萨斯州莱斯大学休斯顿纪念讲师（William Vermillion Houston Memorial Lecturer）和明尼苏达大学范弗莱克讲师（Van Vleck Lectureship）。B181992年任印度国家物理实验室（National Physical Laboratory）克里斯南纪念讲师（Kariamankkam Srinivasa Krishnan Memorial Lecture）以及印度科学与工业研究理事会CSIR（Council of Scientific & Industrial Research，1942年9月28日成立）50周年纪念讲师（Golden Jubilee Lecture），同年任东京大学仁科纪念讲师（Nishina Memorial Lecturer），仁科芳雄（Yoshio Nishina，1890—1951）是日本近代物理学之父。B191997年任印度新德里拉吉夫·甘地讲师（Rajiv Gandhi Lecturer），同年任田纳西州橡树岭国家实验室ORNL（Oak Ridge National Laboratory，1943年成立）温伯格讲师（Weinberg Lecturer），美国核物理学家阿尔文·温伯格（Alvin Martin Weinberg，1915—2006）于1955—1973年出任ORNL主任。B201998年任美国天文学会（AAS）亨利·罗素讲师（Henry Norris Russell Lectureship）。B212003年任印度新德里哲学和科学基础中心CPFS（Centre for Philosophy and Foundations of Science）薛定谔讲师（Erwin Schrdinger Lecture）以及海得拉巴比尔拉科学中心（Braj Mohan Birla Science Centre）比尔拉纪念讲师。

汤斯教授共获得过31个（其中美国24个，加拿大2个，意大利、以色列、法国、韩国和英国各1个）荣誉博士称号，见表5。

8 结束语

联合国大会确定的“国际年”始于1959—1960年的“世界难民年”（World Refugee Year）。2013年12月20日第68届联合国大会通过A/RES/68/221号决议，将2015年确定为“光和光基技术国际年”（简称国际光年IYL 2015，International Year of Light and Light-based Technologies），以纪念光科学历史上以下的重要里程碑事件：^[35～41]①1015年左右阿拉伯中世纪物理学家（光学家和天文学家）、数学家和哲学家伊本·海赛姆（又译为海什木，Ibn al-Haytham=Alhazen/Alhacen，965.07.01今伊拉克巴士拉—1040.03.06今埃及首都开罗）完成7卷本光学巨著《光学之书》[Book of Optics，西方世界公认最早的光学著作，1572年在瑞士巴塞尔出版更完整的版本，书名是《光学宝鉴（光学知识宝典）》（Opticae Thesaurus）]，首先正确解释了透镜的原理（即透镜聚焦），被誉为“近代光学之父”（Father of modern optics），号称是“世界上第一位科学家”。②1815年10月15日法国土木工程师和物理学家菲涅耳（Augustin-Jean Fresnel，1788—1827，被誉为“物理光学之父”）向法兰西科学院提交了题为《光的衍射》的学术论文（1816年正式发表^[42]），提出光波的干涉原理并探讨其本质，补充、完善和推广了惠更斯原理（1690年），现称惠更斯─菲涅耳原理（Huygens-Fresnel principle），复兴并完善了光的波动学说。③1865年苏格兰数学物理学家麦克斯韦（James Clerk Maxwell，FRS，FRSE，1831—1879）发表《电磁场的动力学理论》^[43]，建立起电磁场的基本方程——麦克斯韦方程组（1873年他曾尝试用四元数来表述，但未获成功），它深刻揭示了电磁现象及光的内在联系和统一性（即光的本质是电磁波），彻底否定了牛顿力学（经典力学）中超距作用的错误概念，建立起包括光传播在内的完整的电磁场理论，标志着经典电动力学的诞生。④1905年爱因斯坦提出光电效应理论和1915年通过广义相对论将光列为宇宙学的内在要素。⑤1965年彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊发现宇宙微波背景以及高锟在光纤通信方面的先驱性工作。2015年国际光年的4大主题是光的科学、光的技术、自然之光、光与文化。

本文原本是笔者为“隆重庆贺汤斯教授百年华诞”而作，无奈天不遂愿，“红色（喜庆）”变“黑色（哀悼）”，深为遗憾。适逢2015年国际光年，汤斯教授却与世长辞，从此世界科学界尤其是光学界失去了一位科学巨匠，本文也只好推迟半年开始陆续发表，以资永久纪念并深情悼念汤斯教授逝世1周年。汤斯教授是继莱维—蒙塔尔奇尼（女，Rita Levi-Montalcini，1909.04.22-2012.12.30，1986PM22）和科斯（Ronald Harry Coase，1910.12.29-2013.09.02，1991ES）之后，诺奖历史上第三位享年百岁及以上的长寿老人。^[44]莱维—蒙塔尔奇尼和科斯年逾百岁以后都仍在工作且有新的著述发表，前者2012年103岁高寿时仍在发表学术论文。^[45～46]笔者已知汤斯教授最晚发表的学术论文是2012年关于光学和光子学方面的研究。^[46～47]

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