欧内斯特·劳伦斯

欧内斯特·劳伦斯 - 简介

欧内斯特·劳伦斯(Ernest Orlando Lawrence)是美国著名物理学家、回旋加速器的发明者，1901年8月8日，出生在南达科他州的坎顿。他的祖父是一位来自挪威的教师。在挪威的特勒马克市，劳伦斯家族以“脑瓜特灵”而知名。劳伦斯的父亲卡尔在美国完成了大学教育，他的母亲冈达也是挪威移民，出生于一个有艺术传统的世家。

欧内斯特·劳伦斯 - 人物生平

幼年时代，劳伦斯进入南达科他州的坎顿和皮尔的国民学校学习。1917年，年仅16岁的劳伦斯就完成中学学业，随即升入诺思菲尔德的圣奥拉伏学院。一年后他转学到南达科他大学，在电工程教授阿克利(L·E·Akeley)指导下，开始财物理学发生兴趣，而阿克利教授也看出他具有科学的倾向性。1922年大学毕业后，受到图夫(M·Tuvc)的鼓励到明尼苏达大学注册，成为研究院学生。

在明尼苏达大学时，劳伦斯在斯旺(W·F·G·Swann)教授指导下，以《用实验证实在磁场中转动的椭圆球的感应理论》论文获得硕士学位，随后跟随斯旺教授到芝加哥大学。在那里，他接触到迈克尔逊、威尔逊、佩奇(L·Page)、康普顿和玻尔等著名的物理学家。1924年，他又跟随斯旺教授到耶鲁大学，在那里完成了博士学位论文《在钾蒸汽中光电效应的研究》，并于1925年获得耶鲁大学哲学博士学位，第二年又获得南达科他大学科学博士学位。

1925年至1927年，劳伦斯博士在耶鲁大学任研究员，开始了他的科学家生涯。他主要从事光电效应方面的研究，曾赢得有才华的实验工作者的声誉，不久又提升为助理教授。1928年，劳伦斯受聘于伯克利加利福尼亚大学担任物理学副教授。从一著名的老牌的大学转到西方一般的州立大学任教，这使同行的物理学家大为吃惊。后来加利福尼亚大学成为世界闻名的研究中心。这在相当程度上是由于该核物理教师跃居于世界上最有名的剑桥大学、哥廷根大学等校教师队伍之列的缘故。这种局面是劳伦斯与他的同事们在该校任职期间打开的，当时他的同事有艾利森(S·Allison)、布罗德(R·B·Brode)和奥本海默(J·R·Oppenheimer)等。二年后，年仅29岁的劳伦斯便被提升为正教授，1936年以后，担任该校辐射实验室主任。

劳伦斯年仅30岁就闻名于全世界。为了研究核物理，劳伦斯提出一种使粒子作曲线运动并同时加速的方案。当时他与他的研究生埃力伏森(N·E·Edlefsen)、利文斯顿(M·S·livingsto)等一起，发明一种圆形的加速器，后来称为回旋加速器。回旋加速器是圆形脑子加速器种类中的第一种，它是用相对小型的仪器获得高速度和高能量的加速装置。最初，他建立一个小规模的模型，其原理一旦得到证明，进程也就很快了。但在实际制造过程中，必须得到足够强的磁铁，否则就制造不出来。劳伦斯成功地说服联邦电报局把他们原来想制造无线电弧光发电机而没有用上的80吨重的铁芯捐献出来。劳伦斯及其合作者就是利用这块铁芯和27．5英寸直径的回旋加速器室加上其他有关元件，建立了这个震动当时科学界的巨型的回旋加速器。利用这台机器，能够获得百万电子伏特的原子“炮弹”用以轰击其他原子的原子核，使之释放出极大的原子能，从而引起许多新的核衰变。这些实验的结果之一是把普通的盐转变为能够放射出比天然的镭所放出的射线还要强的人工放射性物质。在这些人工放射性物质中，除了对癌症和其他疾病的治疗，将有很大的价值之外，极其重要的结果之一是导致了1932年在伯克利实验室完成的锂原子的核衰变。在近代物理的年鉴中，人们也看到由科克洛夫特(J·Cockcroft)和瓦尔顿(E·T·S·Walton)研究的锂的衰变和尤里(H·C·Orey)发现重氢，查德威克(J·Chadwick)发现中子，安德逊(C·D·Anderson)发现正电子，这些人后来部获得诺贝尔奖金。除锂之外，伯克利实验室的回旋加速器，曾使许多重核衰变，这在当时是独一无二的，没有其他机器能够与其相提并论。核衰变的事实证明，只要能量足够大，那么每一种核反应都可用人工进行，这为核物理的发展提供了极其重要的前题。

1939年夏天，劳伦斯和他的合作者完成了一个重225吨的新的回旋加速器，设计要求提供16—32兆电子伏的能量，实际记录已达到20兆电子伏，超过天然放射源的能量水平。这台回旋加速器的建造获得成功，又促使他开始设计建造能量更大的回旋加速器。1940年4月，洛克菲勒基金会拨给劳伦斯一笔补助金，用以开始研究第三台回旋加速器。现在的回旋加速器与1939年的水平相比，基本上还是一样的。就加速能量的水平来说，回旋速器只能算是低能加速器，不过在历史上，它对核裂变及接力问题的研究起过极其重要的作用。现在，它仍然是核物理实验中的一种重要设备，在工业、医疗等方面仍有其广泛的用途。

劳伦斯由于发明回旋加速器，便迅速地誉满全球，32岁时被请去参加索尔维会议，第二年又被选进美国国立科学院，35岁时当上辐射实验室主任。正因为他发明和发展了回旋加速器以及藉此获得的成果，特别是有关人工放射性的成果面于1939年被授予诺贝尔物理学奖金。得到这种崇高荣誉的人物中，劳伦斯算是美国人中的第一个。此外，他还获得其他方面各种各样的奖励。仅1937年这一年，他就获得了英国皇家学会授予的休斯奖章、富兰克林研究所授予的克利逊奖章、美国国立科学院授予的康斯托克奖金以及研究联合会授予的奖金等。

1940年，劳伦斯成为麻省理工学院内的另一辐射实验室的美国物理学家之一。但是，这种名称掩盖着该实验室的实际作用——厘米波雷达的发展。劳伦斯积极为这个实验室招收年青的科学家，但他自己没有去那里工作，因为这时美国卷入了第二次世界大战，在地平线上出现了更大的核裂变原子弹的“曼哈顿计划”。为了避免德国科学家可能抢先研制这种核武器，由纳粹统治区域逃难而来的科学家们便建议美国政府制造这种武器。在伯克利辐射实验室，劳伦斯和奥本海默被指定为这一事业中执行主要任务的科学家。辐射实验室的任务是帮助发明分裂物质的方法，为了达到这一目的，他们把37寸的回旋加速器转换为质谱仪。他们在伯克利辐射实验室设计的电磁分离方法，后来被用于田纳西州的橡树岭大实验室，为制造轰炸广岛的原子弹提供所需的U235。后来，第一颗原子弹就是在这个实验室内制造的。

1945年，原子弹在广岛和长崎爆炸，从而促使了灾难性的第二次世界大战早日结束。战后伯克利辐射实验室恢复原来主要的研究项目，包括制造一台184寸的回旋加速器(实际上是一种新型的加速器，这是根据密立根提出的原理来制造的同步回旋加速器)洛斯阿拉莫斯实验室仍由加利福尼亚大学管理，并继续从事于武器的研究。后来劳伦斯积极地倡议制造另一更大破坏性的武器，即热核裂变(亦称氢弹)。奥本海默反对这种倡议，在所谓美国的合理防务形势问题上他与劳伦斯发生深刻的分歧，因而结束他们长期的友谊。
除洛斯阿拉莫斯实验室外，第二个核武器实验室在劳伦斯和特勒(E·Teller)发起下，于加利福尼亚州的利费莫尔开始建立。这一实验室开始时是属于伯克利辐射实验室的分支。在伯克利仅限于基础科学的研究。经过这些年代，设计和制造更大的和更有效的加速器，使辐射实验室在长时期内拥有最高能量并几乎处于垄断地位的先进水平。它们拥有能把粒子加速到十亿电子伏特的所谓高能质子同步稳相加速器。由于使用这种加速器，塞格霍(E·Segre)和张伯伦(O·Chamberlain)发现了反质子并仔细探索介子的性质，从而导致对强相互作用粒子的普遍了解。劳伦斯在伯克利所创立的“大科学”和“大规模物理”的风格，后来推广到世界各地所设立的机构中，如纽约的布鲁克海汉国立实验室、瑞士的欧洲核研究中心(CERN)、伊利诺斯的国立加速器实验室等。

劳伦斯不仅是著名的科学家，对科学事业的发展作过重大的贡献，同时也是一个出色的教育家，培养造就了许多杰出的科学人才。正如1968年度获奖的阿尔瓦雷兹所指出的，欧内斯特·劳伦斯的影响的标志之一就是这样一个事实：我是他那实验室工作人员中第八个获得了科学家所能获得的最高荣誉——诺贝尔奖金——的人。这八个人中，有四个是劳伦斯的徒弟或低级合作者，另外四个是以别的方式同“辐射实验室”有联系的。

劳伦斯于1958年作为美国代表参加日内瓦的西方同苏联科学家讨论核试验侦察方法的会议时得病，回到美国后，于同年8月27日在美国加利福尼亚的帕洛阿尔托逝世，终年57岁。