歐內(nèi)斯特·勞倫斯 - 簡(jiǎn)介

歐內(nèi)斯特·勞倫斯(Ernest Orlando Lawrence)是美國著名物理學(xué)家、回旋加速器的發(fā)明者，1901年8月8日，出生在南達(dá)科他州的坎頓。他的祖父是一位來自挪威的教師。在挪威的特勒馬克市，勞倫斯家族以“腦瓜特靈”而知名。勞倫斯的父親卡爾在美國完成了大學(xué)教育，他的母親岡達(dá)也是挪威移民，出生于一個(gè)有藝術(shù)傳統(tǒng)的世家。

歐內(nèi)斯特·勞倫斯 - 人物生平

幼年時(shí)代，勞倫斯進(jìn)入南達(dá)科他州的坎頓和皮爾的國民學(xué)校學(xué)習(xí)。1917年，年僅16歲的勞倫斯就完成中學(xué)學(xué)業(yè)，隨即升入諾思菲爾德的圣奧拉伏學(xué)院。一年后他轉(zhuǎn)學(xué)到南達(dá)科他大學(xué)，在電工程教授阿克利(L·E·Akeley)指導(dǎo)下，開始財(cái)物理學(xué)發(fā)生興趣，而阿克利教授也看出他具有科學(xué)的傾向性。1922年大學(xué)畢業(yè)后，受到圖夫(M·Tuvc)的鼓勵(lì)到明尼蘇達(dá)大學(xué)注冊(cè)，成為研究院學(xué)生。

在明尼蘇達(dá)大學(xué)時(shí)，勞倫斯在斯旺(W·F·G·Swann)教授指導(dǎo)下，以《用實(shí)驗(yàn)證實(shí)在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的橢圓球的感應(yīng)理論》論文獲得碩士學(xué)位，隨后跟隨斯旺教授到芝加哥大學(xué)。在那里，他接觸到邁克爾遜、威爾遜、佩奇(L·Page)、康普頓和玻爾等著名的物理學(xué)家。1924年，他又跟隨斯旺教授到耶魯大學(xué)，在那里完成了博士學(xué)位論文《在鉀蒸汽中光電效應(yīng)的研究》，并于1925年獲得耶魯大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位，第二年又獲得南達(dá)科他大學(xué)科學(xué)博士學(xué)位。

1925年至1927年，勞倫斯博士在耶魯大學(xué)任研究員，開始了他的科學(xué)家生涯。他主要從事光電效應(yīng)方面的研究，曾贏得有才華的實(shí)驗(yàn)工作者的聲譽(yù)，不久又提升為助理教授。1928年，勞倫斯受聘于伯克利加利福尼亞大學(xué)擔(dān)任物理學(xué)副教授。從一著名的老牌的大學(xué)轉(zhuǎn)到西方一般的州立大學(xué)任教，這使同行的物理學(xué)家大為吃驚。后來加利福尼亞大學(xué)成為世界聞名的研究中心。這在相當(dāng)程度上是由于該核物理教師躍居于世界上最有名的劍橋大學(xué)、哥廷根大學(xué)等校教師隊(duì)伍之列的緣故。這種局面是勞倫斯與他的同事們?cè)谠撔Ｈ温毱陂g打開的，當(dāng)時(shí)他的同事有艾利森(S·Allison)、布羅德(R·B·Brode)和奧本海默(J·R·Oppenheimer)等。二年后，年僅29歲的勞倫斯便被提升為正教授，1936年以后，擔(dān)任該校輻射實(shí)驗(yàn)室主任。

勞倫斯年僅30歲就聞名于全世界。為了研究核物理，勞倫斯提出一種使粒子作曲線運(yùn)動(dòng)并同時(shí)加速的方案。當(dāng)時(shí)他與他的研究生埃力伏森(N·E·Edlefsen)、利文斯頓(M·S·livingsto)等一起，發(fā)明一種圓形的加速器，后來稱為回旋加速器�；匦�加速器是圓形腦子加速器種類中的第一種，它是用相對(duì)小型的儀器獲得高速度和高能量的加速裝置。最初，他建立一個(gè)小規(guī)模的模型，其原理一旦得到證明，進(jìn)程也就很快了。但在實(shí)際制造過程中，必須得到足夠強(qiáng)的磁鐵，否則就制造不出來。勞倫斯成功地說服聯(lián)邦電報(bào)局把他們?cè)瓉硐胫圃鞜o線電弧光發(fā)電機(jī)而沒有用上的80噸重的鐵芯捐獻(xiàn)出來。勞倫斯及其合作者就是利用這塊鐵芯和27．5英寸直徑的回旋加速器室加上其他有關(guān)元件，建立了這個(gè)震動(dòng)當(dāng)時(shí)科學(xué)界的巨型的回旋加速器。利用這臺(tái)機(jī)器，能夠獲得百萬電子伏特的原子“炮彈”用以轟擊其他原子的原子核，使之釋放出極大的原子能，從而引起許多新的核衰變。這些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果之一是把普通的鹽轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蚍派涑霰忍烊坏蔫D所放出的射線還要強(qiáng)的人工放射性物質(zhì)。在這些人工放射性物質(zhì)中，除了對(duì)癌癥和其他疾病的治療，將有很大的價(jià)值之外，極其重要的結(jié)果之一是導(dǎo)致了1932年在伯克利實(shí)驗(yàn)室完成的鋰原子的核衰變。在近代物理的年鑒中，人們也看到由科克洛夫特(J·Cockcroft)和瓦爾頓(E·T·S·Walton)研究的鋰的衰變和尤里(H·C·Orey)發(fā)現(xiàn)重氫，查德威克(J·Chadwick)發(fā)現(xiàn)中子，安德遜(C·D·Anderson)發(fā)現(xiàn)正電子，這些人后來部獲得諾貝爾獎(jiǎng)金。除鋰之外，伯克利實(shí)驗(yàn)室的回旋加速器，曾使許多重核衰變，這在當(dāng)時(shí)是獨(dú)一無二的，沒有其他機(jī)器能夠與其相提并論。核衰變的事實(shí)證明，只要能量足夠大，那么每一種核反應(yīng)都可用人工進(jìn)行，這為核物理的發(fā)展提供了極其重要的前題。

1939年夏天，勞倫斯和他的合作者完成了一個(gè)重225噸的新的回旋加速器，設(shè)計(jì)要求提供16—32兆電子伏的能量，實(shí)際記錄已達(dá)到20兆電子伏，超過天然放射源的能量水平。這臺(tái)回旋加速器的建造獲得成功，又促使他開始設(shè)計(jì)建造能量更大的回旋加速器。1940年4月，洛克菲勒基金會(huì)撥給勞倫斯一筆補(bǔ)助金，用以開始研究第三臺(tái)回旋加速器。現(xiàn)在的回旋加速器與1939年的水平相比，基本上還是一樣的。就加速能量的水平來說，回旋速器只能算是低能加速器，不過在歷史上，它對(duì)核裂變及接力問題的研究起過極其重要的作用�，F(xiàn)在，它仍然是核物理實(shí)驗(yàn)中的一種重要設(shè)備，在工業(yè)、醫(yī)療等方面仍有其廣泛的用途。

勞倫斯由于發(fā)明回旋加速器，便迅速地譽(yù)滿全球，32歲時(shí)被請(qǐng)去參加索爾維會(huì)議，第二年又被選進(jìn)美國國立科學(xué)院，35歲時(shí)當(dāng)上輻射實(shí)驗(yàn)室主任。正因?yàn)樗�發(fā)明和發(fā)展了回旋加速器以及藉此獲得的成果，特別是有關(guān)人工放射性的成果面于1939年被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。得到這種崇高榮譽(yù)的人物中，勞倫斯算是美國人中的第一個(gè)。此外，他還獲得其他方面各種各樣的獎(jiǎng)勵(lì)。僅1937年這一年，他就獲得了英國皇家學(xué)會(huì)授予的休斯獎(jiǎng)?wù)�、富蘭克林研究所授予的克利遜獎(jiǎng)?wù)隆⒚绹鴩�立科學(xué)院授予的康斯托克獎(jiǎng)金以及研究聯(lián)合會(huì)授予的獎(jiǎng)金等。

1940年，勞倫斯成為麻省理工學(xué)院內(nèi)的另一輻射實(shí)驗(yàn)室的美國物理學(xué)家之一。但是，這種名稱掩蓋著該實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際作用——厘米波雷達(dá)的發(fā)展。勞倫斯積極為這個(gè)實(shí)驗(yàn)室招收年青的科學(xué)家，但他自己沒有去那里工作，因?yàn)檫@時(shí)美國卷入了第二次世界大戰(zhàn)，在地平線上出現(xiàn)了更大的核裂變?cè)�子彈的“曼哈頓計(jì)劃”。為了避免德國科學(xué)家可能搶先研制這種核武器，由納粹統(tǒng)治區(qū)域逃難而來的科學(xué)家們便建議美國政府制造這種武器。在伯克利輻射實(shí)驗(yàn)室，勞倫斯和奧本海默被指定為這一事業(yè)中執(zhí)行主要任務(wù)的科學(xué)家。輻射實(shí)驗(yàn)室的任務(wù)是幫助發(fā)明分裂物質(zhì)的方法，為了達(dá)到這一目的，他們把37寸的回旋加速器轉(zhuǎn)換為質(zhì)譜儀。他們?cè)诓�克利輻射�?shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的電磁分離方法，后來被用于田納西州的橡樹嶺大實(shí)驗(yàn)室，為制造轟炸廣島的原子彈提供所需的U235。后來，第一顆原子彈就是在這個(gè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)制造的。

1945年，原子彈在廣島和長崎爆炸，從而促使了災(zāi)難性的第二次世界大戰(zhàn)早日結(jié)束。戰(zhàn)后伯克利輻射實(shí)驗(yàn)室恢復(fù)原來主要的研究項(xiàng)目，包括制造一臺(tái)184寸的回旋加速器(實(shí)際上是一種新型的加速器，這是根據(jù)密立根提出的原理來制造的同步回旋加速器)洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室仍由加利福尼亞大學(xué)管理，并繼續(xù)從事于武器的研究。后來勞倫斯積極地倡議制造另一更大破壞性的武器，即熱核裂變(亦稱氫彈)。奧本海默反對(duì)這種倡議，在所謂美國的合理防務(wù)形勢(shì)問題上他與勞倫斯發(fā)生深刻的分歧，因而結(jié)束他們長期的友誼。
除洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室外，第二個(gè)核武器實(shí)驗(yàn)室在勞倫斯和特勒(E·Teller)發(fā)起下，于加利福尼亞州的利費(fèi)莫爾開始建立。這一實(shí)驗(yàn)室開始時(shí)是屬于伯克利輻射實(shí)驗(yàn)室的分支。在伯克利僅限于基礎(chǔ)科學(xué)的研究。經(jīng)過這些年代，設(shè)計(jì)和制造更大的和更有效的加速器，使輻射實(shí)驗(yàn)室在長時(shí)期內(nèi)擁有最高能量并幾乎處于壟斷地位的先進(jìn)水平。它們擁有能把粒子加速到十億電子伏特的所謂高能質(zhì)子同步穩(wěn)相加速器。由于使用這種加速器，塞格霍(E·Segre)和張伯倫(O·Chamberlain)發(fā)現(xiàn)了反質(zhì)子并仔細(xì)探索介子的性質(zhì)，從而導(dǎo)致對(duì)強(qiáng)相互作用粒子的普遍了解。勞倫斯在伯克利所創(chuàng)立的“大科學(xué)”和“大規(guī)模物理”的風(fēng)格，后來推廣到世界各地所設(shè)立的機(jī)構(gòu)中，如紐約的布魯克海漢國立實(shí)驗(yàn)室、瑞士的歐洲核研究中心(CERN)、伊利諾斯的國立加速器實(shí)驗(yàn)室等。

勞倫斯不僅是著名的科學(xué)家，對(duì)科學(xué)事業(yè)的發(fā)展作過重大的貢獻(xiàn)，同時(shí)也是一個(gè)出色的教育家，培養(yǎng)造就了許多杰出的科學(xué)人才。正如1968年度獲獎(jiǎng)的阿爾瓦雷茲所指出的，歐內(nèi)斯特·勞倫斯的影響的標(biāo)志之一就是這樣一個(gè)事實(shí)：我是他那實(shí)驗(yàn)室工作人員中第八個(gè)獲得了科學(xué)家所能獲得的最高榮譽(yù)——諾貝爾獎(jiǎng)金——的人。這八個(gè)人中，有四個(gè)是勞倫斯的徒弟或低級(jí)合作者，另外四個(gè)是以別的方式同“輻射實(shí)驗(yàn)室”有聯(lián)系的。

勞倫斯于1958年作為美國代表參加日內(nèi)瓦的西方同蘇聯(lián)科學(xué)家討論核試驗(yàn)偵察方法的會(huì)議時(shí)得病，回到美國后，于同年8月27日在美國加利福尼亞的帕洛阿爾托逝世，終年57歲。