餐巾紙上畫的一張圖，讓他獲得諾獎併成爲“大科學之父”

勞倫斯發明並發展了迴旋加速器，創建並壯大輻射實驗室，導致了大批重要發現，因此獲得1939年的諾貝爾物理學獎。他所領導的實驗室將物理學研究推向了今天所稱的“大科學”，因此勞倫斯也被譽爲“大科學之父”。第二次世界大戰期間，勞倫斯的團隊負責濃縮鈾項目，爲原子彈製造做出舉足輕重的貢獻，以至於奧本海默認爲：在美國原子能領域的很多方面，勞倫斯是最有影響力的科學家，其重要性超過自己。

撰文|王善欽

2012年，耗資超過130億美元的大型強子對撞機 （LHC） 發現了希格斯 （Higgs） 粒子。2015年，耗資超過11億美元的激光干涉引力波天文臺 （LIGO） 直接探測到引力波。這樣的項目就是所謂的“大科學”。

大科學項目擁有龐大的儀器，耗資巨大，成員衆多，與那些可以在實驗臺上進行的“小科學”項目或只需要用紙筆和普通計算機的理論研究截然不同。在過去的幾十年內，大科學項目已成爲實驗物理學與天文學的主流。

在走向大科學的進程中，有一個人扮演了關鍵角色——他就是勞倫斯 （Ernest Orlando Lawrence，1901-1958） 。勞倫斯發明並大力發展了迴旋加速器，創建並壯大了“輻射實驗室”，因此被譽爲“大科學之父” （The Father of Big Science） 。

勞倫斯，1939年。丨圖片來源：Nobel foundation

作爲大科學的先驅，勞倫斯帶領的團隊在第二次世界大戰期間負責了濃縮鈾項目，在原子彈的製造中的地位不低於奧本海默 （J. Robert Oppenheimer，1904-1967） ，奧本海默甚至認爲勞倫斯在當時的地位超過自己。

本文介紹勞倫斯的生平、成就與他留下的科學遺產。

早年的學術活動

勞倫斯於1901年8月8日出生於美國南達科他州的小鎮坎頓 （Canton） 。他的父親卡爾·勞倫斯 （Carl Lawrence，1871-1954） 與母親岡達·勞倫斯 （Gunda Lawrence，1874-1959） 都是教師，且都是挪威移民的後代。勞倫斯有一個弟弟，約翰·勞倫斯 （John Lawrence，1904-1991） 。

勞倫斯中學畢業後，先在明尼蘇達州的聖奧拉夫 （St. Olaf） 學院讀了一年書，然後轉到南達科他大學，於1922年獲得化學學士學位；接着他用一年時間在明尼蘇達大學獲得物理學碩士學位，研究課題是建造一個實驗裝置，使一個橢球在磁場中旋轉。然後，勞倫斯去了芝加哥大學，又轉到耶魯大學讀博士，課題是鉀蒸氣中光電效應。

1925年，勞倫斯獲得物理學博士學位，留校繼續研究光電效應。因爲沒有先當講師就跳級當了助理教授，勞倫斯引起一些同事的不滿。1928年，加州大學伯克利分校 （UCB） 物理系聘請他擔任副教授，勞倫斯欣然前往。次年，奧本海默來到UCB，勞倫斯很快成爲他的摯友。

1930年，29歲的勞倫斯成爲全校最年輕的正教授。1932年，他與女友瑪麗·布魯默 （Mary Blumer，1910-2003） 結婚。瑪麗大學畢業於瓦薩學院，然後在哈佛醫學院讀完研究生；瑪麗的父親喬治·布魯默 （George Blumer，1872-1962） 曾於1910-1920年間擔任耶魯大學醫學院院長。

1934年，勞倫斯夫婦擁有了第一個孩子約翰 （John Eric Lawrence，1934 - 2010） 。此後，他們又養育了5 個子女：瑪格麗特 （Margaret） 、瑪麗 （Mary） 、羅伯特 （Robert） 、芭芭拉 （Barbara） 和蘇珊 （Susan） 。[1]

1939年，瑪麗、勞倫斯與女兒瑪格麗特及兒子埃裡克在UCB的物理系樓外。圖片來源：Lawrence Berkeley National Laboratory

迴旋加速器與輻射實驗室

1929年4月的一個晚上，勞倫斯看到挪威物理學家維德羅伊 （Rolf Widerøe，1902-1996） 的一篇論文，感到很是興奮。維德羅伊構思了一個加速器，其加速管道爲直線，利用交流電可以持續加速粒子。經過計算，勞倫斯意識到，想用直線管道將帶電粒子加速到足夠高的速度，需要很長的管道。

勞倫斯馬上設想了一個更緊湊的裝置，並在一張餐巾紙上畫出了它的原理圖。它的核心是兩個剖面像字母“D”的空腔，即“D形盒”。帶電粒子在電場的作用下，先從一個D形盒出發，進入另一個D形盒，然後在磁場的作用下運動半周；電場方向變化後，將粒子加速進入原來的那個D形盒，粒子在磁場作用下完成半周運動再次進入另一個D形盒。這樣的過程不斷循環，不需要長管道就可以將粒子加速到很高的速度。

迴旋加速器的原理圖。此圖出現在勞倫斯1934年的專利申請書上。左爲“俯視圖”，右爲“側視圖”。圖片來源：Ernest O. Lawrence - U.S. Patent 1,948,384

勞倫斯在後來稱它爲“迴旋加速器”。這個想法讓勞倫斯非常興奮。第二天，一位同事的家屬與他擦肩而過後，聽到他大喊：“我要出名了！”[2]然而，製造這樣的加速器在實踐上有困難。勞倫斯只能一度擱置。有一次，他與來訪的諾貝爾獎得主斯特恩 （Otto Stern，1888-1969） 提到了這個構想，斯特恩非常激動，要他立即去實驗室動手。[2]於是，勞倫斯讓自己的研究生埃德夫森 （Niels Edlefsen，1893-1971） 幫他製造出構想中的迴旋加速器。

1930年4月，埃德夫森建立了一個粗略的模型機。這是世界上第一個迴旋加速器，它的直徑只有4英寸 （10釐米，指磁鐵直徑，下同） ，可以用一隻手握住，總花費25美元 （相當於現在的460美元） 。[3]

埃德夫森於1930年9月離開UCB後，勞倫斯讓研究生利文斯頓 （Milton Livingston，1905-1986） 製造更大的迴旋加速器。1931年1月，利文斯頓製造出11英寸 （28釐米） 的迴旋加速器，將質子加速到1.22 MeV，這個是第一個可用的迴旋加速器。1932年，勞倫斯爲迴旋加速器申請了專利。

勞倫斯發明迴旋加速器也有運氣的因素。在同一時期，德國物理學家斯廷貝克 （Max Steenbeck，1904-1981） 於1927年首次提出了迴旋加速器的構想；匈牙利物理學家西拉德 （Leo Szilard，1898-1964） 在1928年也構思了迴旋加速器，並首次計算了迴旋加速器頻率 （共振條件） ，還於1929年申請了專利。但是，他們都沒有公開發表相關的研究或專利，更沒有去製造或找人幫忙製造迴旋加速器。勞倫斯因此成爲迴旋加速器的發明人。

勞倫斯預見到迴旋加速器在覈物理學領域的廣闊前景。1931年8月26日，勞倫斯在UCB物理系創立了輻射實驗室。1932年初，勞倫斯和利文斯頓設計了27英寸 （69釐米） 的迴旋加速器，它的磁鐵重達80噸。此後，勞倫斯說服自己認識的富人贊助他的團隊建設越來越大的迴旋加速器。

碩果累累，榮獲諾貝爾獎

1934年，伊蓮娜·約里奧-居里 （Irène Joliot-Curie，1897-1956） 與丈夫簡·約里奧-居里 （Jean Joliot-Curie，1900-1958） 發現人工放射性。勞倫斯與團隊成員用27英寸迴旋加速器加速質子，並用其轟擊碳13，得到了氮13——氮的人工放射性同位素。

1936年7月，輻射實驗室成爲一個正式部門，勞倫斯成爲第一任主任。1937年6月，勞倫斯的團隊製造出37英寸 （94釐米） 迴旋加速器。同年，意大利物理學家塞格雷 （Emilio Segrè，1905-1989） 與同事在勞倫斯寄給他們的樣本中確認出43號元素鍀，這些樣本就是用迴旋加速器加速的粒子轟擊靶子後製造出來的。

1939年5月，勞倫斯的團隊製造出60英寸 （152釐米） 迴旋加速器。同年6月，勞倫斯的團隊用它加速質子轟擊鐵，獲得一批新的放射性同位素。

因爲這些成果，勞倫斯於1939年11月被授予諾貝爾物理學獎，成爲UCB第一個諾貝爾獎得主。他被授獎的理由是“發明和發展迴旋加速器，以及由此獲得的成果，特別是關於人工放射性元素的成果”。由於當時往返歐美的船隻受到納粹德國潛艇的攻擊，他沒有去瑞典領獎。頒獎儀式於1940年2月29日在UCB校園內舉行。

1938年，60英寸（1.52米）迴旋加速器在完工前，輻射實驗室的科學家們在磁鐵的軛上合影，第一排左起第四爲勞倫斯，最高一排中間冒出頭、叼着菸斗的是奧本海默。丨圖片來源：Lawrence Berkeley National Laboratory

獲得諾貝爾獎讓勞倫斯與他的實驗室的聲望急劇提高，他們更容易獲取資金，很快產生了更多、更重要的成果。1940年，輻射實驗室的卡門 （Martin Kamen，1913-2002） 與魯本 （Sam Ruben，1913-1943） 用迴旋加速器加速的質子轟擊石墨，得到了碳14。這是人類首次發現碳14。同年，科森 （Dale Corson，1914-2012） 、麥肯齊厄 （Kenneth MacKenzie，1912-2002） 與塞格雷製造出85號元素砹。

麥克米蘭 （Edwin McMillan，1907-1991） 用37英寸迴旋加速器加速的氘核轟擊鈹，反應釋放的中子被用來轟擊鈾，最終從產物中確認出93號元素，它很快被命名爲鎿，這是世界上第一個被製造出來的“超鈾元素” （質子數超過鈾的元素） 。麥克米蘭於1941年與勞倫斯妻子的妹妹埃爾西·布魯默 （Elsie Blumer，1913 - 1997） 結婚，成爲勞倫斯夫妻的妹夫。1951年，麥克米蘭因爲發現鎿而獲得諾貝爾化學獎。

同樣在1940年，勞倫斯開始製造184英寸迴旋加速器，它的磁鐵重達4500噸，預算達到265萬美元 （相當於現在的5800萬美元） 。UCB物理系樓內的實驗室無法放這麼大的機器，輻射實驗室被搬到伯克利山的山腰。

麥克米蘭（左）與勞倫斯（右）。丨圖片來源：ENERGY.GOV

勞倫斯創建並壯大的輻射實驗室在製造新元素方面取得的成就使美國在人工放射性領域追趕上歐洲先進水平，躋身於世界頂尖的位置。勞倫斯因此被公認爲美國最傑出的科學領袖之一。

曼哈頓計劃

1938年12月，鈾的裂變現象被發現 （參見） 。此後的研究證實鈾235的裂變會引發鏈式反應，可以用以釋放核能並製造原子彈的彈芯。這些發現無意中開啓了核能與核武器時代的大門。

美國很快啓動了原子彈的研究，併成立了鈾委員會，即後來的S-1委員會。勞倫斯是該委員會的幾位成員之一，因此也是原子彈製造計劃的主要決策者之一。此時，奧本海默還沒被納入原子彈計劃中。

1942年9月13日，S-1委員會成員合影。從左至右依次是尤里（Harold Urey，1893-1981）、勞倫斯、科南特（James Conant，1893-1978）、布里格斯（Lyman Briggs，1874-1963）、墨弗裡（Eger Murphree，1898-1962）和康普頓（Arthur Compton，1892-1962）。圖片來源：LBL NEWS Magazine, Vol. 6, No. 3, Fall 1981, p. 32

1941年2月，西伯格 （Glenn Seaborg，1912-1999） 與合作者用輻射實驗室的迴旋加速器製造出94號元素鈈的第一種同位素——鈈239 （西伯格因此與麥克米蘭分享了1951年的諾貝爾化學獎） 。他們很快發現鈈239會裂變，且裂變效率比鈾235更高，也可以被用來製造原子彈。

1942年8月，專門研發原子彈的曼哈頓計劃 （Manhattan Project） 正式啓動。製造原子彈的原料有鈾235與鈈239。前者必須從天然鈾中分離，後者通過中子輻照 （轟擊） 鈾238獲得。勞倫斯負責的輻射實驗室負責濃縮鈾生產，康普頓負責的“冶金實驗室”負責鈈的生產。

1942年9月，格羅夫斯 （Leslie Groves Jr.，1896-1970） 被任命爲曼哈頓計劃的主任。他想讓康普頓、勞倫斯或尤里擔任負責設計與製造原子彈的中心實驗室 （即後來的洛斯阿拉莫斯實驗室） 的主任，因爲他們都是諾貝爾獎得主，富有管理經驗，而且沒有安全風險。然而，他又認爲這三人承擔的任務太重要，無法離開他們各自的崗位，因此只能另外尋找人選。[4]最後，在康普頓等人的推薦下，格羅夫斯任命奧本海默爲這個實驗室的主任。

電磁分離法與加州大學回旋加速器

天然鈾中僅0.714%爲鈾235 （99.28%爲鈾238，0.006%爲鈾234） ，獲取濃縮鈾的過程就是將絕大部分鈾238分離出去。鈾235與鈾238的化學性質一樣，因此無法通過化學方法分離，只能通過物理方法分離。具體方法有：電磁分離法、氣體擴散法、液體熱擴散法與離心分離法。當時，最後兩種方法效率太低，最有希望的是電磁分離法與氣體擴散法。

電磁分離法的原理是：粒子被打入質譜儀的真空腔後，被磁場偏轉，質量不同的粒子偏轉程度不同，在真空腔中各自環繞半圈後，進入不同的收集器。這是質譜儀的基本原理。

1941年11月24日，勞倫斯等人將37英寸迴旋加速器的磁鐵卸下，安裝建成質譜儀，它被稱爲“加州大學回旋加速器” （CaliforniaUniversity Cyclotron） ，縮寫爲Calutron。它也被翻譯爲“電磁型同位素分離器”。嚴格說，這個名稱適用於所有使用電磁分離法的同位素分離器，而“加州大學回旋加速器”只是其中的一類，二者並不能等同。不過，爲了敘述方便，以下的敘述將這個機器簡稱爲“同位素分離器”。

1941年12月2日，加州大學加速器首次運行。1942年1月14日，加州大學加速器工作9個小時後，獲得18微克鈾235濃度爲25%的鈾。爲提高效率，勞倫斯將正在建設的184英寸迴旋加速器的磁鐵拆下，製造更大同位素分離器 （XA）， 並於1942年5月26日完工並工作。

不過，這些已經大得嚇人的加速器都只是測試電磁分離法的可行性與效率的原型機。在測試成功後，勞倫斯建議建造多個更大的同位素分離器，批量獲得濃縮鈾。

電磁分離法原理簡單，但操作要求非常高，需要高真空、高電壓與強磁場的設備。它的優點是可行性高。氣體擴散法的負責人尤里說，電磁分離法的難度猶如戴着拳擊手套在草堆裡找針。核物理學的青年泰斗貝特 （Hans Bethe, 1906-2005） 曾不相信任何濃縮鈾的方案可以成功，因此一度拒絕加入曼哈頓計劃，直到他發現鈈239可以用來製造原子彈之後，才同意加入。

然而，勞倫斯堅信，只要有足夠多的大型機器，就可以在足夠短的時間內積累出可用的濃縮鈾。格羅夫斯後來回憶說，一開始幾乎只有勞倫斯一人對電磁分離法有信心，但勞倫斯堅持要推進這個項目。“假如我們不是對勞倫斯博士的才能和魄力抱有很大的信心，我們就不會做此嘗試。”

1942年6月25日，負責管理鈾原料的S-1委員會提議在田納西州的橡樹嶺 （Oak Ridge） 建造電磁分離法工廠與氣體擴散法工廠。勞倫斯的輻射實驗室負責前者，尤里的實驗室負責後者。

1942年10月的某天，格羅夫斯首次視察勞倫斯的輻射實驗室。他對進展很滿意，決定表揚勞倫斯，以資鼓勵。他說：“所以，勞倫斯先生，你還是努力幹下去爲好，你的名譽全依賴於你的這個工作了。”[5]

在場的其他人都驚呆了，因爲從來沒有人敢與勞倫斯這麼說話。勞倫斯保持了社交風度，沒有當場回答。隨後，他邀請格羅夫斯吃午飯。在飯店裡，勞倫斯盯着格羅夫斯的眼睛，說：“格羅夫斯將軍，對於你剛纔對我講的話，我可以說：我的名譽早已有了，是你的名譽，取決於這項工作。”[5]

橡樹嶺Y-12工廠

1943年2月18日，代號爲“Y-12”的電磁分離廠動工，它的任務是用更多更大的同位素分離器獲得濃縮鈾。所有參與建設的公司都有人駐紮在輻射實驗室，與那裡的科學家及時溝通。勞倫斯還任命了專門的聯絡員，負責輻射實驗室與Y-12工廠之間的聯絡。

理論研究表明，武器級鈾的鈾235濃度必須超過80%，最好達到90%。單次分離無法達到這個要求，需要用一級分離器與二級分離器進行兩次分離。

第一批一級分離器都被設計成一個周長37米、寬23米、高4.6米的封閉橢圓形磁環，裡面背靠背地放置48對、共96個真空腔。由於它們形似“跑道” （racetrack） ，因此被稱爲“α跑道”。二級分離器相對較小，構型爲直線，被稱爲“β跑道”。第二批“α跑道”的構型被改爲直線型。

Y-12工廠內的一個“α跑道”，約拍攝於1944年或1945年。丨圖片來源：Leslie R. Groves

1943年11月1日，第一個“α跑道”完工 （由於故障，它被拆掉修理後重啓） 。1944年1月，第二個被建好的“α跑道”投入使用。此後“β跑道”與其他“α跑道”也陸續投入使用。由於戰時銅短缺，這些分離器的線圈全部由白銀製造。

1944年3月，Y-12工廠的“α跑道”分離出首批幾百克濃度爲13%-15%的鈾，雖未達到武器級，但對於相關實驗研究非常重要，因此樣品被運往洛斯阿拉莫斯。1944年6月7日，Y-12首次交付了鈾235含量高達89%的武器級鈾。

使用氣體擴散法的K-25工廠與使用熱擴散法的S-50工廠開工都比較晚，直到1945年3月纔開始運行。S-50工廠獲得的低濃度濃縮鈾被K-25繼續濃縮，然後被Y-12濃縮到武器級。1945年春夏之際，Y-12工廠每個月可生產30千克武器級濃縮鈾，一顆用“槍式法”起爆的鈾原子彈 （槍式鈾彈） 要60多千克濃縮鈾，對應當時2個月的產量。

Y-12工廠分離器的控制面板與操作員。這些操作員大多是女性，它們後來被稱爲“加州大學加速器女孩”（Calutron Girls）。丨圖片來源：unknown (probably Ed Westcott)

濃縮鈾的進展順利，康普頓負責的“冶金實驗室”的科學家們便能放心推進鈈彈方案，其失敗風險要大得多。格羅夫斯評價電磁分離法時說：“它使我們得到洛斯阿拉莫斯早期所需要的鈾235樣品，以及後來爲轟炸廣島的炸彈所必需的鈾235。沒有它，我們的鈈彈的設計工作就會嚴重地拖延下來。”[4]格羅夫斯認爲，沒有勞倫斯，整個曼哈頓計劃就無法被成功地推進下去。[4]

1945年7月16日，勞倫斯與其他人在實驗場目睹了世界上首次原子彈爆炸——“三位一體”核試驗，它使用的是內爆式鈈彈。

此時，Y-12工廠已生產出約60千克濃縮鈾。1945年7月24日，這些濃縮鈾被運到洛斯阿拉莫斯，然後被裝配成第一顆槍式鈾彈。槍式鈾彈肯定會成功，所以不需要測試。這顆鈾彈於7月底被運到天寧 （Tinian） 島，美軍飛機會在這裡裝載原子彈前往日本空投。

由於勞倫斯在濃縮鈾項目中首屈一指的作用，裡德 （Bruce Reed） 在《曼哈頓計劃的物理學》 （The Physics of the Manhattan Project） 中說：“廣島原子彈中的每一個鈾原子都經過勞倫斯之手。”[6]

然而，在使用原子彈之前召開的秘密會議中，勞倫斯反對使用原子彈，因爲他的輻射實驗室曾經有日本的同行。反而是後來宣稱自己“手上沾滿鮮血”的奧本海默在會議上贊同使用原子彈。

截至1945年12月，Y-12工廠又生產了約900千克濃度爲95%的鈾235，足以再製造至少15顆槍式鈾彈。如果使用內爆法，則可以製造出更多鈾彈。氣體擴散法到這時可以獨立生產出武器級濃縮鈾，而該方法制造濃縮鈾的效率遠高於電磁分離法，Y-12工廠很快被關閉。

早在1940年春，光學家伍德 （Robert Wood，1868-1955） 寫信祝賀勞倫斯獲得諾貝爾獎時，就在信中說：“由於你正在爲鈾的災難性爆炸奠定基礎……我相信老諾貝爾會同意的。”

1954年，在針對奧本海默的聽證會上，人事安全委員會律師問奧本海默：“博士，最遲從1943年到最近，你是這個國家原子能領域最有影響力的科學家，是嗎？”奧本海默回答：“我認爲勞倫斯可能在很多方面更有影響力。”

大科學之父

二戰結束後，勞倫斯的輻射實驗室開始將更多精力重新投入到科研中。1946年，勞倫斯從曼哈頓計劃項目中申請到200多萬美元。XA的磁鐵被拆下，重新被用於製造184英寸迴旋加速器，它在1946年11月被建成。

1947年，勞倫斯申請到1500萬美元，其中一部分用以製造“10億電子伏特同步加速器” （Billions ofeVSynchrotron，縮寫爲“Bevatron”） 。Bevatron是一臺質子加速器，於1954年被建成。

1950年，勞倫斯等人俯瞰Bevatron模型。丨圖片來源：Lawrence Berkeley National Laboratory

塞格雷與錢伯倫 （Owen Chamberlain，1920-2006） 於1955年利用Bevatron製造出反質子，科克 （Bruce Cork，1916-1994） 等人於1956年利用它製造了反中子。這些成果爲人類探索反粒子乃至反物質做出重要貢獻。塞格雷與錢伯倫因此獲得1959年的諾貝爾物理學獎。

勞倫斯也因爲他對核物理的貢獻於1957年獲得第二屆費米獎 （Enrico Fermi Award） 。值得一提的是，勞倫斯的弟弟約翰·勞倫斯因爲使用迴旋加速器製造的放射性同位素治療白血病和紅細胞增多症等工作，於1983年也獲得了費米獎。

從30年代開始到50年代的20多年間，勞倫斯從各種渠道籌集鉅額資金，製造越來越強大的加速器，組織並管理實驗室的龐大團隊，建立起“大科學”模式。勞倫斯是當之無愧的“大科學之父”。

與奧本海默：從親如兄弟到分道揚鑣

在勞倫斯的所有朋友中，與他關係最複雜的是奧本海默。他們曾經有深厚的友誼。爲了表達自己對奧本海默的喜愛，勞倫斯將第四個孩子取名爲羅伯特 （奧本海默名羅伯特） 。

然而，二人的友誼卻因爲政治立場的分歧產生裂痕。在UCB時，奧本海默與當時美國左翼人士有密切接觸，支持學校甚至輻射實驗室的科學家與研究生參與工會活動。而勞倫斯在政治上偏保守；此外，勞倫斯與資助輻射實驗室的富豪交從甚密，那些富豪們不可能認可工會的一些要求。

因此，勞倫斯不止一次被奧本海默激怒。奧本海默則認爲勞倫斯趨炎附勢，過於霸道。曼哈頓計劃期間，奧本海默主動遠離左翼活動，並積極參與製造加州大學加速器，解決了一些問題。勞倫斯與奧本海默的矛盾一度大大緩和。

二戰結束後，奧本海默決定辭去洛斯阿拉莫斯實驗室主任一職。校長斯普勞爾 （Robert Sproul，1891-1975） 邀請奧本海默回到UCB。奧本海默不想再回到UCB，因爲他與斯普勞爾以及物理系主任伯奇 （Raymond Birge，1887-1980） 的關係很惡劣。

勞倫斯也勸奧本海默回去，奧本海默以哈佛大學能給兩三倍薪水爲由推辭。勞倫斯要求斯普勞爾給奧本海默雙倍薪水，理由是奧本海默的名望能夠帶來的資金遠超過這個工資。斯普勞爾勉強同意了。

當勞倫斯以更高的薪水邀請奧本海默回去時，奧本海默說了實話，還說伯奇應該離開系主任的位置。勞倫斯很憤怒。奧本海默後來寫信給勞倫斯，說這麼多年來，自己在勞倫斯面前始終處於弱勢，言語之中頗有怨氣。[7]不過，二人此時尚未決裂。在184英寸迴旋加速器完工後，二人還在加速器前很高興地合影。

奧本海默（左）與勞倫斯（右）在184英寸迴旋加速器前的合影，大約在1946年拍攝。圖片來源：University of California (Berkeley) Radiation Laboratory

1948年，勞倫斯與奧本海默共同的好友托爾曼 （Richard Tolman，1881-1948） 心臟病發作去世。此前，奧本海默與托爾曼的妻子長期保持婚外情。勞倫斯認爲托爾曼是因爲得知妻子有婚外情，引發了心臟病，“他因此傷心欲絕而死。”勞倫斯說，因爲托爾曼之死，他第一次對奧本海默產生不滿。[7]

1949年，蘇聯成功引爆原子彈。勞倫斯立即開始積極推動氫彈的製造，並在利弗莫爾 （Livermore） 建設了輻射實驗室的分部，該實驗室後來成爲製造氫彈的重要機構之一。奧本海默卻大力反對製造氫彈。二人之間的裂痕迅速擴大。

1953年，斯特勞斯 （Lewis Strauss，1896-1974） 擔任美國原子能委員會 （Atomic Energy Commission，AEC） 主席。此前奧本海默是AEC下屬的總顧問委員會 （General Advisory Committee，GAC） 的主席。斯特勞斯與奧本海默素有積怨，且大力支持製造氫彈，因此決定將奧本海默逐出核武器的決策層，清除奧本海默的影響力。

1954年，斯特勞斯組織了一個針對奧本海默的聽證會，以剝奪他擁有的Q級安全許可 （最高級別安全許可，可接觸核機密） 。他邀請出席指控奧本海默的證人包括勞倫斯。

勞倫斯對於奧本海默一再阻撓氫彈研究的行爲非常憤怒，答應出席。但是，在出席的前一天晚上，他打電話告訴斯特勞斯，說自己結腸炎發作，無法出席聽證會。電影《奧本海默》中，勞倫斯在聽證會會議室外面被拉比 （Isidor Rabi，1898-1988） 的凝視勸退，這是電影的戲劇性虛構，因爲勞倫斯那天沒有到聽證會現場附近。

斯特勞斯很氣憤，指責勞倫斯是懦夫。勞倫斯確實可能擔心出席指控導致自己與一些同僚們的關係惡化，因此臨陣退縮 （所謂的“懦弱”） 。但他也可能真的在那天結腸炎發作，因爲他確實有嚴重的結腸炎。當然，他也可能因爲在最後時刻顧念舊情。他的缺席也許是以上兩個甚至三個原因同時作用的結果。

但是，AEC官員走訪勞倫斯的時候留下了勞倫斯批評奧本海默的書面記錄。勞倫斯認爲奧本海默“不應該再與決策有任何關係。”這被作爲不利於奧本海默的證詞之一。最終，奧本海默被終止安全許可。不過，勞倫斯的訪談記錄未必對最終結果有決定性作用。

這次聽證會也代表着勞倫斯與奧本海默的徹底決裂。只是勞倫斯拒絕出庭，避免了與奧本海默當面決裂，以相對體面的方式終結了他們之間的友誼。

勞倫斯的遺產

1958年8月27日，勞倫斯因結腸炎逝世，年僅57歲。他的早逝與他長期高強度的管理工作有一定關係，冷戰期間頻繁奔波於美國東西部對健康造成了影響。

電影《奧本海默》有一個溫馨的鏡頭：1963年，奧本海默獲得費米獎，在頒獎現場，兩鬢斑白的勞倫斯過去拍了拍奧本海默肩膀，以示和解。然而，這個鏡頭並沒有發生：1963年，勞倫斯已經逝世5年了。 （當然，電影不是紀錄片，給觀衆一個美好的想象，也是不錯的。）

爲了表示對勞倫斯創建發展輻射實驗室的感激，加州大學董事會在他逝世後不久就將輻射實驗室被改名爲“勞倫斯輻射實驗室”。

後來，勞倫斯輻射實驗室及其在利弗莫爾的分部都被劃歸國有，分別被改名爲“勞倫斯伯克利國家實驗室” （Lawrence Berkeley National Laboratory，LBNL） 與“勞倫斯利弗莫爾國家實驗室” （Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL） ，隸屬於美國能源部。

LBNL 的62、67號樓（分子鑄造廠）和66號樓的航拍照片。圖片來源：U.S. Department of Energy

1961年，LBNL 的科學家宣佈製造出103號元素，並將其命名爲鐒 （lawrencium） ，以紀念勞倫斯。這是一個巨大的榮譽，西伯格後來在得知自己的姓被用來命名新元素 （Seaborgium） 時，很高興地宣稱這個榮譽超過自己獲得的諾貝爾化學獎。

事實上，從1949到1974年，輻射實驗室 （LBNL） 先後發現了97號元素錇 （1949，發現的年份，下同） 、98號元素鐦 （1950） 、99號元素鎄 （1952） 、100號元素鐨 （1952） 、101號元素鍆 （1955） 、102號元素鍩 （1958） 、103號元素鐒 （1961） 、104號元素 （1969） 與106號元素 （1974） 。至今爲止被發現的27種超鈾元素中，有12種在輻射實驗室被首先製造並確認，比例高達44%。

輻射實驗室建成後，一直處於物理學與化學領域的最前沿，對物理、化學、天文學、宇宙學等領域都做出衆多開創性貢獻，也對生物學、環境研究、能源等學科做出重大貢獻。至今爲止，輻射實驗室 （LBNL） 的科學家共獲得15次諾貝爾獎，其中9次爲物理學獎，6次爲化學獎。

LBNL的市內通勤車，車身上寫着“向世界帶來科學解決方案”（Bringing Science Solution to the World）丨圖片來源：王善欽

LLNL的名氣雖然不如LBNL，但這家機構在可控核聚變領域享有盛名。著名的“國家點火裝置” （NIF） 就是LLNL管理的實驗室，它是世界上最大、能量最高的激光系統，也是美國最大的科學項目。

美國“國家點火裝置”的大樓。上面的牌子寫着“National Ignition Facility Bringing Star Power to Earth”（國家點火裝置將恆星的能量帶到地球）。圖片來源：National Ignition Facility

在物理學研究之外，迴旋加速器爲醫學做出了重要貢獻。人們用其製造出的一些放射性同位素，用於治療癌症、甲狀腺疾病、白血病、紅細胞增多症等疾病，取得了一定療效。時至今日，迴旋加速器依然被世界上很多醫院廣泛使用。

《冷戰中的勞倫斯》 （Ernest Lawrence in the Cold War） 這樣評價勞倫斯的貢獻與影響：

“勞倫斯留下了一大筆遺產。迴旋加速器的發展改變了我們對自然的理解，從物質的微觀結構到人體的新陳代謝，從光合作用的過程到新化學元素的創造。……同樣重要的是，勞倫斯創造了大科學實驗室的模式，這種模式通過曼哈頓計劃傳播到美國的國家實驗室，然後傳播到其他國家。……勞倫斯的實驗室將跨學科的方法推進到環境研究、替代能源、天體物理學和分子生物學等碩果累累的新領域。對於最後一個領域，伯克利和利弗莫爾實驗室是人類基因組計劃的兩個主要中心。勞倫斯實驗室幫助製造了第一顆原子彈，然後推動了與蘇聯的危險軍備競賽，但他們堅信他們因此阻止了核戰爭。”[8]

參考文獻與註釋

[1]Lab Mourns Death of Molly Lawrence, Widow of Ernest O. Lawrence (https://www2.lbl.gov/Science-Articles/Archive/Molly-Lawrence-obit.html)

[2] Richard Rhodes, The Making of the Atomic Bomb, Simon & Schuster, 1986. （中譯本：《原子彈出世記》，李匯川 等 譯，李匯川 校；世界知識出版社，1990年；《橫空出世》，江向東，廖湘彧 譯；方在慶 譯校，2023；此書還有上海科技教育出版社的譯本，本文未參考此譯本）

[3]本文對不同年代的貨幣的購買力的換算全部來自通脹計算器（https://www.usinflationcalculator.com/），輸入當時的年份與貨幣數值，點擊“calculate”，即可得到現在的值。由於算法非唯一，得到的值僅供參考。感興趣的讀者可以自行查閱。

[4] Groves, Leslie (1962). Now it Can be Told: The Story of the Manhattan Project. New York: Harper & Row. ISBN 0-306-70738-1. OCLC 537684

[5] Stanley A. Blumberg& Gwinn Owens, Energy and Conflict: The Life and Times of Edward Teller, New York: G. P. Putnam's Sons, 1976.（中譯本：《美國氫彈之父泰勒》，華君鐸、趙淑雲譯，北京：原子能出版社，1991）

[6]Bruce Camero Reed, The Physics of the Manhattan Project, Springer; 2nd edition, October 5, 2010

[7] Kai Bird & Martin J.Sherwin, American Prometheus: The Triumph and Tragedy of J. Robert Oppenheimer, New York : A.A. Knopf, 2005.（中譯本：《奧本海默傳——美國“原子彈之父”的勝利與悲劇》，汪冰 譯；方在慶 審校）

[8] Ernest Lawrence in the Cold War, American Institute of Physics (https://history.aip.org/exhibits/lawrence/lcw.htm)

本文轉載自《返樸》微信公衆號

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