لیزر گازی ؛ اختراع ایرانی توسط علی جوان برای آمریکا

0

لیزر گازی دسته‌ای از لیزرها هست که برای کار، گازی (یا ترکیب چند گاز مانند هلوم-نئون) به داخل یک لوله‌ی شفاف، مانند لامپ‌های لوله‌ای فلورسنت، فرستاده می‌شود. عبور جریان الکتریکی از این لوله باعث رفت‌وآمد فوتون (نور) می‌شود؛ لیزر ساخته «جوان» اولین لیزری بود که می‌توانست بی‌وقفه کار کند و به همین خاطر توجه‌ها را به خود جلب کرد. در واقع لیزر گازی زیربنای ارتباط از طریق فیبر نوری است.

از همان کودکی ریاضیات را دوست داشت؛ در یک کلام «بچه درس‌خوان» بود. شاید آن روزها که در دبیرستان البرز تهران محصل بود کسی فکر نمی‌کرد روزی او با اختراعش دنیا را تکان دهد و به معنای حقیقی کلمه علم را یک قدم پیش ببرد؛ با زندگی‌نامه‌ی «علی جوان» مخترع لیرز گازی همراه باشید.

علی جوان در ۵ دی ۱۳۰۵ در تهران و در خانواده‌ای آذری به دنیا آمد (۲۲ شهریور ۱۳۹۵ فوت کرد). از ۵، ۶ سالگی و وقتی هنوز مدرسه نمی‌رفت در خانه شمارش و کمی حساب یاد گرفته بود و عاشق بازی با اعداد بود. بعد از اتمام تحصیلات ابتدایی به دبیرستان البرز تهران رفت و رشته ریاضی-فیزیک را انتخاب کرد. با پایان متوسطه در کنکور شرکت کرد و با قبولی در رشته ریاضی-فیزیک دانشگاه تهران، هم به آرزویش رسید هم مسیر آینده‌ی خود را مشخص کرد. پس از دریافت مدرک فوق لیسانس دریافت که آن‌جا دیگر چیزی برای یاد دادن به او ندارد. به کمک شرایط مساعد وقت، راهی سرزمینی شد که امکان پیشرفت را برایش فراهم می‌کرد؛ «جوان» در ۱۹۴۸ برای تحصیل در دوره‌ی دکترای فیزیک به دانشگاه کلمبیای ایالات متحده رفت. علی به جز ریاضی و فیزیک، هنردوست هم بود و به طور خاص عشق زیادی به موسیقی داشت؛ در حدی که در همان دانشگاه کلمبیا در کلاس‌های هنری موسیقی هم شرکت می‌کرد. او در جایی گفته موسیقی باخ جلوه‌ای از عالم ریاضی است؛ علی جوان تحت نظر استاد راهنمایش، چارلز تونز، مدرک دکترا خود را گرفت و بعد به دوره فوق دکترا رفت. ده سال بعد از ورودش به خاک آمریکا، در حالی که هنوز مشغول تحصیلات دانشگاهی (دوره فوق دکترا) بود به گروه تحقیقاتی آزمایشگاه بل در نیوجرسی پیوست؛ جایی که در آن مهم‌ترین دست‌آوردش را هم به دست آورد.

دو سال پس از ملحق شدن به آزمایشگاه بل و فقط چند ماه پس از این‌که تئودور مایمن در سال ۱۹۶۰ میلادی مبانی نظری لیزر را مطرح کرد، علی جوان به همراه دو تن از همکارانش «ویلیام بنت» و «دونالد هریوت» ایده‌ی خود را برای پایه‌ی آن عملی کردند و در بعد از ظهر سرد و برفی ۱۲ دسامبر ۱۹۶۰ لیزر گازی هلیوم-نئون اختراع شد. «جوان» فردای آن روز (۱۳ دسامبر ۱۹۶۰) لیزر گازی را با ارسال یک پیام تلفنی آزمود و برای اولین بار در تاریخ، یک مکالمه تلفنی از طریق لیزر نوری انجام گرفت. این اختراع، انقلابی در دنیای فن‌آوری ایجاد کرد؛ بسیاری از پژوهشگران اختراع لیزر گازی را نقطه عطفی در تاریخ فن‌آوری‌های نوین می‌دانند. چهل سال بعد از آزمایش او، ارتباط به وسیله لیزر به صورتی عادی در آمد و از آن در صنایع اینترنتی استفاده‌ زیادی شد. «جوان» یک سال بعد در ۱۹۶۱ با درجه‌ی دانشیاری به عضویت هیات علمی موسسه‌ی فن‌آوری ماساچوست (MIT) در آمد و خیلی زود در ۱۹۶۴ به سراُستادی (Full Professor) رسید.

alijavan1بزرگترین دستاورد علی جوان، اختراع لیزر گازی در سال ۱۹۶۰ است.

داستان اختراع از زبان علی جوان

«لیزر نتیجه شناخت ما از طبیعت اتم‌ها است؛ به‌خصوص طبیعت موجی اتم‌ها. ما طبیعت اتم ها را کشف کرده‌ایم؛ آن‌ها چیزی‌اند که بوسیله ساطع شدن نور بیرون میدهند. در سال ۱۹۲۰ ساختار اتم‌ها تا کوچک‌ترین جزء، شناخته شده بود.  کتاب‌هایی در این رابطه نوشته شده بود. در آن زمان بزرگانی مانند  نیلز بور، اروین شرودینگر و انشتین و دیگران بودند که این اکتشافات را دنبال می‌کردند. مشکل است که شما با دقت بخواهید بگویید که در چه موقع یک نظر خلاق ظهور کرده است.

من تصور میکنم حتما نقطه شروعی در ابتدای این خط بوده، اما سرمنشا آن را کسی نمی‌داند. آدم در یک لحظه همه چیز را درباره اختراعش درک می‌کند؛ و این در حالی است که از انجام آن آگاه و باخبر نیستید و نمی‌دانید که دقیقا دارید چه می‌کنید. سپس به‌طور ناگهانی همه چیز درست از آب در می‌آید و شما موفق به کشف یا اختراع آن چیز می‌شوید. موقعی که من نظریه‌ام را در رابطه با لیزر گازی دادم، بعضی از قسمت‌های آن، اگر نه همه‌اش، را بر پایه‌ی حضورم در کارهایی بود که مشغول انجام آن‌ها بودم. اما [ته دلم] می‌دانستم که بالاخره می‌توانم این لیزر گازی را اختراع کنم؛ در غیر اینصورت اصلا دنبالش را نمی‌گرفتم.

کسانی که از همان ابتدا نظر من را می‌دانستند، خیلی به آن بدبین بودند. حتی آن‌هایی که در تیم من بودند و با من کار می‌کرند، در این رابطه شک داشتند. من این شک را در خیلی از آن‌ها دیدم. حتی فیزیک‌دانان خوب هم بعضی از وقت‌ها در عقاید خودشان نامطمئن هستند، و یک جا با یک تردید نابه‌جا متزلزل می شوند.

یادم می‌آید موقعی که با یکی از شاگردانم در حال کار روی لیزر گازی بودیم، درست وقتی که برای آزمایش نهایی آماده شده بود، من به شوخی رو بهش کردم و گفتم «هی، اگر من کلید را بزنم و هیچ اتفاقی رخ ندهد، چه؟». ناگهان انگار که ترسیده باشد صورتش سفید شد. من شروع به خندیدن کردم و گفتم «نه، نه، حتما کار می‌کند». من این را به خاطر اطمینان او بیان کردم. سپس کلید را زدیم و همه چیز به‌خوبی انجام گرفت.

اما این مسئله ترس و تردید اغلب برای کسانی که در حال کشف و اختراع چیزی هستند اتفاق می‌افتد. آن‌ها نامطمئن و مضطربند؛ حتی وقتی که هیچ چیزی برای ترسیدن و اضطراب وجود ندارد. البته گاهی هم که موضوع کار آزمایش‌های بزرگ و مهم باشد قطعا در خیلی موارد جای تردید وجود دارد؛ مثلا به خاطر این‌که مبنای علمی آن کاملا معلوم نیست و شما به عنوان یک دانشمند مجبور هستید که نظرات خود را آزمایش کنید و انجام‌شان دهید، حتی اگر دقیقا ندانید که نتیجه چه خواهد بود. اما خوب یقینا بهتر است که مطمئن شوید که جواب به دست آمده حتما شما را به راهی که دنبال می‌کنید نزدیک کند.

alijavan3

ولی تنها چیزی که برای من مهم بود این بود که این لیزر گازی حتما کار کند. قبل از دست زدن به هر اقدامی و گرد هم آوردن نفراتی که بتوانند در این زمینه من را یاری دهند، باید حتما مطمئن می‌شدم که پروژه به نتیجه خواهد رسید. در آن موقع تازه به گروهی که در حال تحقیق در آزمایشگاه تلفن بل در هیل موری نیوجرسی بودند ملحق شده بودم؛ در آن‌جا آن‌ها را متقاعد کردم که دست من را در راه این کار باز بگذارند تا بتوانم هر گونه آزمایشی که لازم است در رابطه با این لیزر گازی انجام دهم.

درست در همان زمان دو محقق دیگر آقایان چارلز اچ. تاونس و آرتور ال. شاولو راه دیگری را برای دست‌یابی به لیزر پیشنهاد کردند. در واقع نظریه آن‌ها بر مبنایی بود که ما اکنون آن را به عنوان «پمپ کردن لیزرهای نوری» می‌شناسیم؛ در این روش نور لیزرها توسط مکش با یک منبع نور زیاد استخراج می‌شود. نظریه من تماما با آن‌ها متفاوت بود. من در این راه از جریانات برقی استفاده کردم [نه یک منبع نور زیاد]، که انرژی الکتریکی را به نور لیزری تبدیل می کند؛ آن شیوه حالا با نام «لیزر گازی» شناخته می‌شود. این دو اختراع «پمپ کردن لیزرهای نوری» و «لیزر گازی» به طور کلی با همدیگر تفاوت دارند و برای مقاصد مختلف به کار گرفته می‌شوند.

به دلایل کاملا فنی برای اولین مرتبه که می‌خواستم روی نظریه لیزر آزمایش انجام دهم، از دو گاز بی‌اثر هلیم و نئون استفاده کردم. برای شما توضیح می‌دهم که چگونه کار می‌کند: داخل دستگاه لیزر، دو الکترود جریان برق را با دقت و آهسته از میان گاز عبور می‌دهند تا یک سری فعل و انفعالات در آن انجام گیرد. انرژی الکتریکی به عنوان یک انرژی درونی و ذخیره، به صورت فعال در اتم‌های هلیم وجود دارد، بنابراین خود را به اتم‌های شبیه روشنایی هلیم انتقال داده و سپس تغییر یافته و به یک نور لیزر تبدیل می‌شود.

فرآیند این اختراع دو سال به طول انجامید و شرکت بل مبلغ دو میلیون دلار روی آن سرمایه‌گذاری کرد. من نظریه‌ام را در ژوئن سال ۱۹۵۹ در مجله «بررسی نامه‌های فیزیک» به چاپ رساندم؛ در آن زمان واقعا درگیر عملی کردن نظریه بودم. قبلا یک تیم گرد آورده بودم و مشغول آزمایش و اندازه‌گیری روی پارامترهای گرداننده در ترکیب گازی بودیم. واقعه‌ی مهمی که در ماه فوریه و مارس ۱۹۶۰ اتفاق افتاد، این بود که تیم ما موفق شد نظریه‌ای را که در سال ۱۹۵۹ مطرح کرده بودم با موفقیت به انجام برساند. اما چند ماه دیگر وقت لازم بود که یک دستگاه فعال لیزر که می‌توانست نور لیزر را از اتم ها استخراج کند ساخته شود. من زمان را طوری تقسیم‌بندی کرده بودم که بتوانم این کار را قبل از کریسمس انجام دهم؛ و آن اتفاق که مدت‌ها منتظرش بودم درست طبق برنامه در روز ۱۲ دسامبر سال ۱۹۶۰ اتفاق افتاد. این برای اولین بار در تاریخ علم بود که نور لیزر از یک دستگاه لیزر گازی سرچشمه گرفته بود. من دقیقا وقتی را که به ساعت مچی‌ام نگاه کردم به یاد می آورم: ساعت دقیقا ۴ و بیست دقیقه بعدازظهر بود و برف سنگینی در آن روز می‌بارید.»

alijavan4

لیزر گازی چیست؟

لیزرهای گازی دسته‌ای از لیزرها هستند که برای کار، گازی (یا ترکیب چند گاز مانند هلوم-نئون) به داخل یک لوله‌ی شفاف، مانند لامپ‌های لوله‌ای فلورسنت، فرستاده می‌شود. عبور جریان الکتریکی از این لوله باعث رفت‌وآمد فوتون (نور) می‌شود؛ لیزر ساخته «جوان» اولین لیزری بود که می‌توانست بی‌وقفه کار کند و به همین خاطر توجه‌ها را به خود جلب کرد. در نوع دیگر این لیزر‌ها از کربن دی‌اکسید (CO2) استفاده می‌شود که می‌تواند نور لیزری با توان بالا تولید کند؛ در رادارها، جوش‌کاری و برش‌کاری دقیق لیزری، این روش به کار می‌رود.

اهمیت لیزر گازی

در واقع لیزر گازی زیربنای ارتباط از طریق فیبر نوری است. در زمانی که زندگی می‌کنیم ارتباطات لیزری توسط فیبرهای نوری مانند رگ‌های خون‌رسان شبکه‌ی جهانی (اینترنت) هستند. لیزرهای گازی هلیوم-نئون نخستین لیزرهایی بودند که به تولید انبوه رسیدند. از آن‌ها در همه‌جا از دستگاه‌های اسکنر و پخش‌کننده‌های انواع دیسک‌ها گرفته تا پزشکی و پرینت و فن‌آوری‌های نظارتی استفاده می‌شود. البته کم‌کم فن‌آوری تازه‌ی لیزرهای حالت جامد و دیودهای لیزری در حال جایگزین شدن هستند.

نخستین سمپوزیوم لیزر

در سال ۱۹۷۱ (۱۳۵۰) بسیاری از فیزیک‌دانان به‌نام جهان از جمله علی جوان، چارلز هارد تاونز (برنده نوبل فیزیک)، الکساندر میخایلوویچ (برنده نوبل فیزیک) و ده‌ها فیزیک‌دان برجسته دیگر در اولین سمپوزیوم لیزر جهان که در ایران برگزار شد. این سمپوزیوم با حمایت دانشگاه آرایامهر سابق و همکاری دانشگاه‌های اصفهان و MIT برپا شد و علی جوان از سخن‌رانان آن بود.

افتخارات

علی جوان عضو آکادمی ملی علوم و آکادمی علم و هنر آمریکا و در موسسه تریسته برای ترویج علوم عضو افتخاری بود. او در سال ۱۹۶۶ برنده مدال بنیاد «فنی و جان هرتز» شد و در ۱۹۷۵ مهم‌ترین نشان انجمن نورشناسی آمریکا (فردریک ایوز) را دریافت کرد. در ۱۹۷۹ جایزه علمی آلبرت انشتین به جوان داده شد. نشریه‌ی تلگراف در رتبه‌بندی انسان‌های نخبه جهان، «علی جوان» را در رده ۱۲ام قرار داد.

بازنشستگی

علی جوان تا پایان دوره‌ی کاری خود در دانشگاه ام‌آی‌تی ماند و از همان‌جا بازنشسته شد. نام او در کنار بزرگان فیزیک جهان مانند تئودور میمن، چارلز هارد تاونز، الکساندر میخایلوویچ و دیگران ثبت شده است؛ وی در ۲۲ شهریور ۱۳۹۵ (۱۲ سپتامبر ۲۰۱۶) در ۸۹ سالگی چشم از جهان فرو بست.

Alijavan3

پروژه یکصد میلیون دلاری در ایران

به نقل از پایگاه خبری-تحلیلی علمنا، در سال ۱۳۷۰ وزارت فرهنگ و آموزش عالی ایران (وزارت علوم امروزی) از علی جوان که آوازه‌اش در جهان نیز پیچیده بود دعوت می‌کند تا به ایران سفری داشته باشد و در زمینه های فناوری و علوم لیزر فعالیت های خود را انجام دهد. او با پذیرش این دعوت به ایران می آید. علی جوان اما با دست پر به ایران می آید؛ او با خود همراه با چند طرح بزرگ علمی، طرح ساخت تداخل سنج امواج گرانشی را که هنوز در محافل بزرگ علمی آن روزها صرفا پچ پچ هایی از آن می‌شد را برای مسئولان عالی علمی کشور سوغات آورد. طرحی که در حدود دو سال دو نوبت او را به ایران کشاند و برایش جلسات متعددی با مقامات ایرانی برگزار کرد.

طرح او چه بود؟

طرح او که ساخت یک رصدخانه برای شکار امواج گرانشی بود (همان تداخل سنج امواج گرانشی) همراه با تحقیقات بسیار وسیع در زمینه فناوری لیزر همراه بود چرا که برای ساخت این تداخل سنج در یک بخش از آن باید امواج گرانشی بر اساس نظریه نسبیت عام انیشتین مورد بررسی و مطالعه قرار می گرفت و بخش بعدی و سخت ماجرا، بحث آشکارسازی توسط آنتن جدیدی بود که عمده پیچیدگی آن به خاطر فناوری لیزر یا پایدارسازی در یک بسامد معین است به شمار می رفت و مهمتر اینکه این موضوع در آن زمان تازه کشف شده بود و در صورت اجرایی شدن آن در ایران یک جهش بسیار بزرگ و سریع برای ایران و دانشمندان ما محسوب می شد.

برخی از اهدافی که ایران می توانست با اجرای این پروژه بدست آورد:

  • جلوگیری از مهاجرت دانشمندان و فعالیت آنها در مرز دانش و فناوری
  • فعالیت ایران در زمینه علوم بنیادین
  • این طرح در راستای علم و صلح در جهان به شمار می رفت
  • دانشمندان کشورمان فناوری های لیزر را با دقت بسیار زیاد می آموختند
  • نیروهای بسیار ماهر و متخصص در این زمینه تربیت می‌شد
  • ایران پیشرو در حوزه تداخل سنج امواج گرانشی می شد
  • الفبای مدیریت و فعالیت گروهی در یک پروژه علمی را می آموختیم
  • بخشی از بدنه صنعت کشور رشد می کرد

نتیجه این جلسات این شد که یک مرکز تحقیقاتی برای رصدخانه امواج گرانشی در ایران ایجاد شود. ایده ای که در جهان علم بسیار بدیع و نو به شمار می آمد. رئیس جمهور وقت، آیت الله هاشمی رفسنجانی در جلسه‌ای که با حضور شخص آقای پروفسور علی جوان و وزیر علوم وقت، دکتر مصطفی معین برگزار شد، دستور اجرای این پروژه بزرگ ملی را می دهد. آن هم با بودجه مصوب که در سال اول آن مبلغ ۱۰۰ میلیون دلار به آن اختصاص یابد.

اما…

کمی بعد ۲۵ سال عقب ماندیم!!

کمی بعد، اجرای این پروژه که به وزارت فرهنگ و آموزش عالی ایران واگذار شده بود، به دلایل نامعلومی با کارشکنی‌هایی (که هم اکنون نیز در بسیار از پروژه های علمی کشورمان رایج است) مواجه می شود و پرونده این پروژه شروع نشده، بسته می شود.

پیگیری مشابه پروژه این بار توسط کنگره آمریکا

نکته جالب توجه اینکه چند ماه بعد از دستور آیت الله هاشمی رفسنجانی مبنی بر ساخت این پروژه عظیم ملی، طرح ساخت تداخل سنج امواج گرانشی در کنگره آمریکا (به صورت کاملا اتفاقی) و طرحی مشابه در خصوص ساخت تداخل سنج امواج گرانشی ایران تصویب می شود.

دانشمندان و مسئولین علمی ایالات متحده آمریکا همین سال گذشته بود که توانستند نتیجه سرمایه گذاریشان بر روی این پروژه را ببینند. بمب خبری‌ای در جهان علم منفجر شد. و لقب یکی از بزرگترین کشف‌های قرن اخیر را از آن خود کرد، «کشف امواج گرانشی» توسط تداخل سنج امواج گرانشی «لایگو» که توانست مهر تایید دیگری باشد بر نظریه نسبیت انیشتین و البته مهر تایید دیگری بر دور اندیشی آمریکایی ها در حوزه های علم و فناوری.

نظر شما درباره دانشمندان بزرگی مانند «علی جوان» چیست؟ آیا ایرانی خطاب کردن آن‌ها درست است یا باید بی‌آن‌که ملیت آن‌ها را مد نظر قرار دهیم به فعالیت و دست‌آوردشان برای بشریت بپردازیم؟ صرف این‌که انسان در کجای این کره خاکی دنیا می‌آید آیا لزوما اهلیت آن‌جا را هم می‌گیرد؟ یا تعلق خاطر و گرایش‌های او در تعیین آن تاثیرگذارترند؟

درباره اختراع علی جوان چه اطلاعات دیگری دارید؟ اگر او لیزر را در ارتباطات به کار نمی‌برد امروز اینترنت به این گستردگی می‌شد؟

منبع:دیجیکالامگ
ارسال به تلگرامدکمه اشتراک گذاری تلگرام
  • رتبه بندی کاربران (۰ رای)
    ۰
    رتبه شما :
خلاصه
۰%
۰
عالی

پاسخ دهید

کد امنیتی * خطای محدودیت زمانی، لطفا کد امنیت جدید را وارد نمایید