同时，为了表达他接受了达尔文物种变异的理论，莱伊尔撰写了论述人 类起源的著作——《人类演化的地质论证》。莱伊尔在书中以全新的观点， 论证了人类起源的重大课题。
关于珊瑚礁形成的问题，达尔文做过一个精彩的报告。这个报告曾引起 莱伊尔激烈的思想斗争，因为过去莱伊尔一直认为珊瑚礁的成因是“水下火 山口上升”造成的，甚至说成是太平洋下沉以及南美洲大陆上升的结果，并 用这个理论解释过许多地质现象。达尔文的新理论以及许多科学家的论证， 都认为珊瑚礁的形成，是由珊瑚虫所建造的，与“火山口上升”完全没有关 系。经过深入思考，反复印证，莱伊尔诚恳地接受了达尔文的新理论，并对
《地质学原理》中的有关部分做了修正和补充。
达尔文的《物种起源》和莱伊尔的《地质学原理》是代表19世纪进化论 思潮的姊妹篇，两位伟大科学家在探求真理的科学道路上互相学习、相互影 响，彼此尊重，共同提高的诚挚友谊，是值得后人追忆和学习的。
七、结语
莱伊尔对待事业是坚持不懈的，他的地质实践和创作一直坚持到他生命 的最后一息。1875年2月22日，这位享有盛名的英国自然科学家与世长辞 了，终年78岁。人们怀着崇敬的心情，把他安葬在伦敦威斯明斯特大寺院内。
莱伊尔一生的卓越贡献，特别是关于进化论的地质思想以及他不断完善 的巨著《地质学原理》，早已成为珍贵的科学文献和认识自然界的基础理论， 而流传于后代，有力地推动着地质科学的发展，培育了一代又一代的地质学 家。
作为一个伟大的自然科学家，莱伊尔的理论、学说和方法论的建立，绝 不是偶然的，更不是一帆风顺的，从以上的记述中我们可以充分看到这一点。
莱伊尔理论思想的发展，在《地质学原理》各版的修订和补充中，都有 所体现，尤其是比较集中地反映在《地质学原理》第10版，第11版序言及 增订表上。
评价一位科学家在本学科发展历史上的作用，应采取历史辩证的观点， 既要充分宣传他在科学上的成就和贡献，也要分析他在科学道路上的挫折， 甚至错误，以便从中吸取教训，有益于指导我们的现实工作，这正是自然科 学史研究的重要意义。
莱伊尔是19世纪的自然科学家，由于受时代和世界观的限制，书中的某 些论点带有唯心主义和形而上学的色彩是可以理解的。关于这一点，恩格斯 早在《自然辩证法》一书中，已做过公正的评论，他说：“莱伊尔的观点的 缺陷——至少在其最初的形式上——在于：他认为在地球上起作用的各种力 是不变的，无论在质或量上都是不变的。地球的冷却对他来说是不存在的； 地球不是按照一定的方向发展着，它只是毫无联系地、偶然地变化着。”恩 格斯的这个批判，主要是对莱伊尔早期的著作和《地质学原理》前几版讲的。 后来，莱伊尔根据达尔文的进化论原则，对《地质学原理）中的有关章节， 作了根本上的改正，从论述中消除了物种不变性的错误观点。遗憾的是，莱 伊尔和他的学生们都未能对地质作用的发展演变做根本的改变。他们虽然承 认生物界的发展是循序渐进的，但在地质作用方面仍保持了单一的观点，其 速度和性质在地球历史的各个时期中都是固定的。特别是对地球构造运动论 述单一、片面，认为古今地质变化的速度和强度相等，这显然是错误的。例 如他在《地质学要素》一书中只论述了岩石种类、分布、产状和结构等方面， 而对化学成份和矿物组份很少提及，表露出莱伊尔现实主义学说中的狭隘 性。正因为这样，使均变论者得以利用这些缺陷来歪曲和否认进化论观点。 均变论和等速论者由此导出的结论是：地壳上的无生物界的发展不是循序渐 进的，而是千篇一律的、永远重复而成为各种组合的地质现象的总和。如， 美国自然科学家黑格尔在1869年就把莱伊尔的渐进论称之为“等速论”。许 多资本主义国家的学者，如德国地质学家布勃诺、魏因显克的论点，也是把 莱伊尔的现实主义庸俗化，有意识和无意识地利用现实主义理论的薄弱一 面，歪曲了莱伊尔学说的进化论因素。因此，长期以来，莱伊尔学说中具有 创造性的唯物主义理论核心部分得不到发展，并受到一定的阻挠，甚至歪曲。
莱伊尔的论断及其《地质学原理》在同居维叶的灾变论者的斗争中起了 进步作用，可以说在地质科学发展史上起过积极的推动作用，但在他的理论 中隐藏着的均变论、等速论的错误观念，与辩证唯物主义的现代科学概念以 及哲学体系，未必处处都能相容的。因此，对莱伊尔及其理论学说应进行深 入研究，做出公正的评价。
当然，现实主义作为一种科学研究方法，至今仍具有其实际意义。它是 一个认识地质历史的比较方法，即通常所说的“将今论古”的方法。但应该 提醒的是，这个方法的运用范围和界限，应随着地质科学基本理论的发展而 有所改变，防止生搬硬套。譬如，莱伊尔提出的“现在的一切，永远是对认 识过去的一把钥匙”的名言，在当时针对灾变论者的“突然灾变”来说，是 有力的论证，但在地质科学发展的今天，过分地强调或机械应用现代地质作 用的规律去理解遥远过去的地质现象，就不一定完全合适，因为过去的地质 事件，不可能在量和质方面都与现在发生的事实相同，很容易陷入机械唯物 主义的泥潭。本来，自然现象的发展就不会是均一的，等速的，完全重复再 现；而恰恰相反，是处于不断运动，不断变化，不断革新，不断发展的状态。
“莱伊尔本人有好多年一直没有看到这个矛盾，他的学生们就更没有看到。”
苏联科学院地质研究所地质学史研究室主编的《地质学史概论》一书， 对莱伊尔曾有评论。书中认为，关于现实主义理论，早在遥远的过去，在罗 马、希腊以及中世纪一直到18世纪，都有许多学者运用过比较历史的方法， 去解释过去自然界发生的事件，那只不过是简单的，或是局部的。莱伊尔的 现实主义理论，只不过是继承和发展了古人的思想和方法。这个评论实际上 贬低了莱伊尔作为现实主义理论奠基人的伟大功绩。书中甚至认为莱伊尔把 理论和方法引入均变论和等速论的深渊；书中进一步论述了莱伊尔蜕变为均 变论，在于他对冰川学说采取了错误的立场，在他的著作中，否认了冰川的 搬运作用，因而对许多地质现象作了均变论或等速论的解释。特别是他无视 于漂运理论的出现，对阿尔卑斯山脉的冰川、冰期、冰川的形成、运动和产 生破坏作用等都作了错误的论断等等。
莱伊尔毕竟是19世纪的自然科学家，是使地质学作为一门独立学科的创 始人，在地质科学发展历史上做出过重大贡献；他的现实主义理论和方法， 在与灾变论斗争中以及在推动地质科学发展中起过杰出的作用。在哲学体系 上，他是一位朴素的进化论者，朴素的辩证论者，而他的名著《地质学原理》， 从历史唯物论角度来分析，也不愧为划时代的科学名著。
中外科学家发明家丛书：劳伦斯
一位经常给有非凡之才的人作评价的学者谈到欧内斯特·劳伦斯时曾 说：“也许这是我所认识的唯一的天才。”而当这位学者给一个成功的生意 人做结论时，却毫不犹豫地说：“这是一位我所见到的最普通的庸才。”
劳伦斯在美国草原小镇出生、长大，在乡村中小学受教育。但他的成就 在美国屈指可数。他是世界上第一个回旋加速器的制造者，38岁就获得诺贝 尔奖金，是研制第一颗原子弹的领导者之一，开发放射性同位素在医学和工 业上的应用的先驱。在美国大多数科学家向往欧洲的那个时期，他使他的伯 克利辐射实验室成为各大陆物理学家“朝觐”的“圣地”。
一、勤奋好学的青少年时代
1901年8月8日，欧内斯特·劳伦斯诞生于美国南达科他州的一个名叫 坎顿的小城镇。他的祖父是挪威移民，父亲卡尔·劳伦斯，毕业于威斯康星 州立大学，先后在南达科他的州、市、县任过公共学校的督学。母亲冈达·雅 各布森，是中学教师。
劳伦斯自幼就显示出他的自立与勤奋好学。当他7岁半时，他提出来要 自己在复活节假中去衣阿华州拜访表兄托米，这之间有70英里的路程，但他 坚持自己去。父母同意了。当他的姨妈和表兄看到他一个人到来时，简直惊 呆了。
当劳伦斯将近9岁时，他对电产生了兴趣，他和小伙伴默尔收集了废电 池，用氯化铵充电，当把这些电池连在一起时，他们得到了足以开动6伏马 达的电流。他的家里摆满了电火花线圈、铃、蜂音器和马达等。劳伦斯天天 从学校迫不及待地赶回家摆弄他的电气装置。13岁时，他利用一些旧无线电 设备在家里安装了电报接收机，两年后又制成了发送机，他和他的小伙伴可 以用无线电通讯进行联系了。随后，小镇上的人们收听到了来自战火弥漫的 欧洲的惊人新闻，他们还听到了潜水艇和军舰上发出的嘀嘀嗒嗒声。
孩子们成了全城的话题，《坎顿先导》报道了家乡的孩子们不用电线而 只用他们自己制造安装的设备给外州播送信号，其他报纸转载了这篇文章。
劳伦斯17岁时，遵从母亲的意愿上了圣奥拉夫学院，但当时战争狂热冲 击校园，人们无心学习，劳伦斯的成绩也并不理想。
1919年秋他考入南达科他州大学，他上的是医科大学预科。当他发现学 校没有无线电设备后，他说服电气工程学院院长刘易斯·阿克利拨款在科学 楼阁楼上的一个地方安装了无线电设备。阿克利教授也由此发现劳伦斯是个 人才。但他不能理解为什么一个这样急于学习和实验的人竟然不选物理课和 电工技术课，他常常用有启发性的语言谈起物理学界的伟人。在学年结束之 前，他再也忍不住劝劳伦斯学习物理了：“如果你在开学前到这儿来跟我一 起度过8月份，我将使你对物理发生兴趣。如果我做不到这一点，我以后就 再也不跟你谈这个问题了。”
劳伦斯答应了。自此他开始学习物理，并把自己的一生投入到物理学研 究中。1922年7月，他以优异的成绩获得了学士学位。同时他被明尼苏达大 学聘请为教学研究员。
这年秋天，他来到明尼苏达大学，他的导师是著名的斯旺教授。在斯旺 的指导下，劳伦斯打好了电动力学和磁学的坚实基础。他认为：“物理是世 界上最令人激动的专业。”“在世界上没有比科学研究更伟大的工作，也没 有比物理教授更美好的职称。”劳伦斯获得了硕士学位，斯旺教授还把他的 论文寄给自然科学学会，并在《哲学杂志》上发表。劳伦斯通过这篇论文首 次引起外界科学家们的注意。
1923年秋天，劳伦斯被芝加哥大学接受做博士研究生。在此之前，斯旺 已被芝加哥大学聘请为教授。
在芝加哥大学，劳伦斯开始研究钾蒸气中的光电效应。很多老师认为他 的论文题目有些好高鹜远。劳伦斯用木头做了一个支持物，自己吹玻璃做蒸 气喷嘴、容器及烧瓶等。他试了一种办法又一种办法，当他感到一切都很顺 利，准备在记录数据之前进行最后一次调整时，有人从他身旁路过碰了他一 下，于是仪器爆炸了。
那是阴郁的时刻。劳伦斯不得不从头开始。他花了不少时间用各种方法 调整装置，记录数据，并从中发现了新的有价值的材料。
第二年秋天，斯旺转到耶鲁大学教书，劳伦斯也申请了耶鲁的斯龙实验 室公费研究生待遇。1924年9月，劳伦斯来到享誉世界的古老学府——耶鲁 大学报到。
他继续做钾蒸气光电效应实验，然后写完了学位论文。论文再次发表， 劳伦斯的名字开始被科学界知晓。1925年6月他获得了哲学博士学位，当时 他还没满24岁。
1925年2月，斯旺教授提名劳伦斯做国家研究员。只有5％的最优秀的 科学博士才有机会当选。
劳伦斯继续在耶鲁大学从事学习和各项实验。人们注意到作为一个实验 家他之所以有能力，原因之一便是他能及时放弃一个观念，或毫不迟疑地抛 弃那些看上去不会出成果的设计。他先通过实验设法产生速度均匀的电子 束，发展了一种能产生大约10电子伏能量的这种束的磁分析法。他用这个电 子束来轰击汞蒸气，结果得到了关于一个电子可能电离一个原子的几率的性 质这个情况。随后他用电子碰撞法测量了汞原子的电离电位。正是在他取得 学位还不到一年的这次实验，将他稳固地置于新一代物理学家的前列。
这次实验的消息传出去后，全国各地的教授都引起注意。加州大学的伦 纳德·洛布教授来到纽黑文 （耶鲁大学所在地），他认为劳伦斯“正是我们 所要的人”，他邀请劳伦斯到加州大学当副教授。他还写信给加州大学物理 系主任埃尔默·霍尔教授介绍“东部地区一个最有才华的年轻实验物理学家 的底细”。此后劳伦斯不断接到一些大学的邀请，华盛顿大学提出优厚的条 件：如应聘为副教授，三年内提升他为正教授，而且答应给他搞科研的时间 和设备。为此耶鲁大学不得不马上提升他为副教授，薪金3000美元。这是耶 鲁第一次请没有做过讲师的人做副教授。耶鲁的优越性和名誉战胜了更高的 工资和职衔，劳伦斯决定留在耶鲁。
据劳伦斯的同学、同事杰西回忆，“劳伦斯主意非常多，而且精力旺盛。”
“他有着使不完的精力，而且对事物有非常敏锐的洞察力。我们的实验主要 靠他出主意；他是主要的推动力。他所做的总比他应该做的多，工作起来也 比我快得多。他是一个出色的、全面的实验家，吹玻璃的好手，搞仪器装置 的天才。当他不在的时候我才巴不得地得到点休息。同时他也是一个非常慷 慨的人。他不吝啬地用自己的时间去帮别人的忙。”
科研对他来说是压倒一切的乐趣，但几周之后他就表示喜欢教学工作 了。他以他素来就有的乐观情绪推测高年级学生和研究生会更“有趣”。但 当发现有学生考试作弊时，他感到很烦恼。作弊的学生中有两人是主修物理 的。一个不诚实的人怎么去理解自然，成功地进行实验并扩张知识疆界呢？ 在他的家庭里诚实理所当然地被视为主要道德标准。难道真理可以分等级， 诚实可以打折扣？他始终认为，在科学研究中是不能跟真理讲价钱的。尽管 同事们见他如此认真感到好笑，告诉他不诚实的学生总是有的，只要能通过 考试他们什么都干得出来，但是这位年轻的副教授却无论如何也笑不出来。
洛布教授不断写信劝说劳伦斯去加州大学，其他一些大学也在打他的主 意。而劳伦斯也感到耶鲁一些资格老的教授对他直接被指定为副教授感到气 愤。劳伦斯开始考虑去加州大学。有些人认为以一个名牌大学换一个边远地 区的州立大学对一个如此有前途的年轻人来说是一件蠢事，但也有人告诉他 加州大学在伯克利的物理系一点也不比耶鲁大学的差。
经过认真考虑后，劳伦斯接受了加州大学的邀请。他在给洛布的信中补 充说洛布答应减轻他的课程，这对他作出这个决定也有影响，“我对探索我 们的母亲——大自然的更多的奥秘要比把我已经了解到的情况告诉他人更感 兴趣。”他还很高兴他能教研究生及有研究生跟他一起做实验。
二、研制回旋加速器
1928年8月，劳伦斯来到建在伯克利山的斜坡上的加州大学。他受到热 烈的欢迎和极高的礼遇。他感到这里的教师是一群出色的、有多方面才能的 人，这里的设施与耶鲁的斯龙实验室相比只好不坏。在头一学期他每周教5 节课。他还是电学和磁学博士考试委员会的主席。“我一点也不想耶鲁大学
（真是奇事），我在这儿占着相对重要的地位，这在耶鲁大学是多少年也达 不到的。”他写道。不论是物理学家还是化学家全都怀着热切的心情来参观 他的实验并点头称赞。他后来说：“耶鲁大学的态度是他们能恩赐于我什么， 而在这里似乎是我能为加州大学做贡献。”
劳伦斯以极大的热情和充沛的精力投入教学和实验，他帮助一些研究生 做实验，这些实验的情况发表了，里面没有他的名字。“他给人的印象是他 从指头尖一直到全身都充满了活力，走到哪儿就把激动的气氛带到哪儿。当 然也带来了和平。”他的一位同事评价道。
这个新来者这么年轻就当上副教授，这么快就能引起教员和学生们的密 切注意，系里年长一些的人多少有些羡慕和忌妒，然而从来没有人指责他不 努力工作或工作时间短。他如果不在实验室就准在图书馆聚精会神地看当代 的物理文献，或在办公室计算什么问题。即使这样他还能抽出时间每周打三 次网球。他也能找到时间参加社交活动，人们说他好像不怎么需要睡觉。
在所有的寻求知识的探索中，甚至包括宇宙空间的探险在内，最激动人 心的，最重要的是小小的原子这一微观世界。原子比头发的直径要小100万 倍，然而它却类似于一个宇宙，电子像行星一样围着核子转，这个核子比小 小的原子本身小10万倍却含有原子质量的绝大部分。也许对原子的探索能使 生命本身的秘密被揭晓。英国的原子核物理学家卢瑟福已经让人们看到几世 纪以来原子是不可分割的最小单元这个概念站不住脚，并用镭的辐射将一种 基本元素变成了另一种基本元素，但当时又有谁知道足以分裂每种元素的原 子的可控能量可建立何等的丰功伟绩呢？但是劳伦斯感到若是没有产生这种 能量的实际的方法，并设计出能装载它而不会被它所破坏的管子，对小小的 原子进行的进攻是难以用人工的方法去完成的。从他在明尼苏达时开始，他 就对能够而且最终将会设计出的某种方法感兴趣了。
全世界各个实验室都接受了这一挑战。有3个德国物理学家曾企图在山 顶峰之间拉一根700米长的链子吸引闪电加以利用。其中一人遭电击身亡。 表上已记录了数百万电子伏，但是放电管经不住这样大的电压。怎样才能击 中并研究原子呢？劳伦斯认识到只有采用当时还没有做到的、连续不断的、 强度大的带电粒子流才能收到效果。
1929年4月1日左右，当劳伦斯正在图书馆与约翰逊阅读科学杂志时， 发现了挪威工程师罗尔夫·怀德洛在《电工学文献》上发表的一篇文章。文 章论述的是钾离子的加速问题。他几乎没有看本文，而是激动地研究了文章 的插图。怀德洛把两个管子 （电极）排成一条线，用衰减高频振荡电压将钾 离子注射到第一个管子中去，当离子行进到两个管子之间时以同样的电压升 压一次，与第一次同步。因此当离子从第二个管子中出来时比进第一个管子 时能量大了一倍。那么采用几个管子，以增加其长度来连续不断地升压而增 大离子的速度，为什么不能将最初的电位和再加上去的电位提高几倍，从而 增加能量，使其达到最初输入能量的许多倍呢？在合适的时间重复施加低 的、很容易控制的电压，会使能量比单独一次使用巨大的高压还要高，正如 儿童打秋千，需要不断地推才能越来越高，而不是一次就能推得很高。
劳伦斯很快地计算了一下，这一串管子中后一个应该比前一个长多少， 他意识到要想得到高能质子就需要一个相当长的管子，这对许多实验来说都 是过于笨重的装置，然而若是达到百万电子伏重离子，其装置不一定要太长。 他马上着手计算如何减少必须的长度。如果能将这些管子重复使用，结果会 怎样呢？这就得把管子变成一个圆圈。他立刻就产生一个想法，即用磁场把 离子限制在一个圆圈里。因为离子在磁场里的角速度是不变的，与其速度无 关。那么，从理论上说，如果电极是在磁场之中，每当离子沿着直径方向通 过将它们分离开来的小空隙时都给以重复加速的话，那么，人们是可以在空 的半圆形电极中使离子不断循环的。
劳伦斯怀着发现者的激情跟约翰逊滔滔不绝地谈了一两个小时。约翰逊 在劳伦斯的公式和图解中看不出什么破绽。但他指出，要使机器运转来达到 如期的效果还无疑会遇到巨大的障碍。另外，一旦得到这个能量之后，将如 何使用它呢？劳伦斯认为这不是什么解决不了的问题：人们可以把一个原子 靶放在圆形电极的周边附近，想法使螺旋形增加的最高能量的离子击中靶子 ——人们还可以从真空管中将它们完全取出来，拿到外面来用。
“我要用它来轰击和破碎原子。”劳伦斯兴奋得几乎喊起来。
不久劳伦斯去华盛顿召开学术会议。他在途中将他的草图发展到更加精 细的阶段。而且比过去更加精确地计算了从一个小的实验装置中可能产生多 大的能量，以及为了达到最终目的所需要的一切。从理论上说如果爱因斯坦 关于质量随速度的增加而增加的公式对这个试验起作用的话，最后则能达到 光速。在这样的速度之下，质量的增加可能使靠外边的离子减慢速度，足以 防止它们与其它要进一步加速的粒子同步达到两极之间的空隙。
1929年秋季学期有8名研究生在他指导下学习，需要他在实验室多给他 们进行辅导。所以他感到人力和时间都很紧张。他经常告诫他的学生：“要 经常向你自己提问题，这样一来，想法自己就会出来了，还会避免走许多弯 路。”
这时一位年轻有为的理论物理学家奥本海默来到伯克利。他与劳伦斯很 快建立了友谊。两人无论在气质、相貌以及对事物的一般态度来说都有天渊 之别。使劳伦斯着迷的是奥本海默聪明、敏锐的头脑，对科学领域之外的生 活的极大的兴趣和渊博的知识，以及运用语言的娴熟技巧。奥本海默从来没 见过任何人像劳伦斯一样“充满了令人难以置信的活力，并对生活如此热爱。 他工作一整天，跑去打打网球，接着又是半夜。他的兴趣是如此广泛，有助 于解决问题，而我正好相反。”这位理论物理学家和实验物理学家劳伦斯在 事业上互相帮助，成为挚友。
尽管很多人认为劳伦斯的想法“太不着边际了”，他还是在第二年夏天 之后着手干起来。此时，他很欣赏的青年戴维·斯通来到加州大学攻读博士 学位，他成为劳伦斯的助手。劳伦斯让斯通建造一台直线加速器。这是一种 可以使粒子沿着狭窄而笔直的路程持续加速的装置。一根有些复杂的玻璃 管，允许电连接进去，又可以排除空气。做成之后，劳伦斯和斯通又花了两 天时间，仔细地往管里装了8根小镍管。这些镍管按顺序一根比一根长，间 距在1～2厘米之间。它们交替地与震荡器的两根电线相连接。记录结果的仪 器置于玻璃管一端，最长的镍管之后，玻璃管另一端作引入汞离子用。他们 借来真空系统，还借来了圆形加速器的震荡装置，以便对其理论和工作进行 验证。它的工作原理得到了验证。这台装置成功了。
师生们纵情欢呼，兴高采烈。劳伦斯马上建议增加管子以提供13个以上 的间隙，以便利用220伏供电线最终产生2万电子伏能量。他们做到了这一 点。
劳伦斯和斯通合作得很好。劳伦斯从不用高踞人上的命令口气说话。无 论学生提出任何困难的建议他都不会去泼冷水。他为研究生组织的杂志俱乐 部越来越受到其他教师和学生的欢迎。在那里每个人都可以随心所欲地发表 意见，教授们可能像学生一样受到反驳。当大名鼎鼎的德国教授劳厄和鲁道 夫·拉登保来参观杂志俱乐部的时候，他们被这里缺乏纪律的情况以及年轻 人跟教授们说话时的态度吓了一跳。在这里甚至连博学的奥本海默也被人盘 问，在解释所牵扯到的问题的时候，孩子气十足的劳伦斯经常站在研究生一 边，而“成熟”的奥本海默实际上比劳伦斯还年轻。
到1930年物理系已成为一个活跃的、有创造性的系了，其中劳伦斯作出 了显著的贡献。为此1930年10月21日，校董事们批准提升他为正教授，这 样一来，29岁的欧内斯特·劳伦斯就成了这所学校历史上最年轻的正教授 了。
正在此时，美国同世界其他地区一样出现了经济大萧条，劳伦斯也感到 了这一点，他尽量为困难的学生申请补助或筹划薪金，或把钱借给他们。国 内经济困境没有分散他的注意力，在实验室进行将粒子加速到高能的各种实 验，占去了他教学和其他工作之外的所有的空余时间。他在努力发展质子回 旋加速器。一切都是新的，没有任何经验可供借鉴，回旋加速器比直线加速 器会出现更多的问题。
经过不懈的努力，问题得到了解决。电极上仅有100伏电压，却获得了 相当于1300电子伏的能量。1930年圣诞节期间，劳伦斯借来了一块强度大 一倍的磁铁，1931年1月2日产生了8万电子伏的质子，这正是根据劳伦斯 的计算而预期的能量，至此，对此方法的有效性就不容置疑了。
他决定再建造一台更大的圆形加速器，产生的能量至少应达100万电子 伏。他精确地计算出了所需要的磁铁尺寸。用于圆形磁共振加速器上的第一 块磁体最初只有9英寸的极面，上面绕有十四号线包漆。精心制作的小室开 头只有一个圆形电极——现在由于它的形状像个“D”字母而称为“D电极”， 以及一个更强大的射频系统。一支接地的开有窄缝的金属棒起着另一个电极 的作用。这就使小室的一半可用于调整偏转板，放置靶子，以使高能粒子束 全部打在靶子上。
甚至在它被安装之前，劳伦斯就已经在考虑建造一个更大、电压更高的 机器了。他认为，采用回旋多次加速法是解决在获取和利用高能时所引起的 困难的唯一办法。
劳伦斯成功地说服联邦电信公司把他们原来想制造无线电弧光发电机而 没有用上的磁芯捐献出来。有些人认为他确实失去了理智。这是因为，他还 没有用他那4英寸的仪器证明他的想法是否能实现，比4英寸更大的这台设 备还远未建成，然而他现在却在谈2500万电子伏！甚至一些过去习惯于实验 室里的乐观主义和高昂情绪的学生们也摇头了。但是劳伦斯相信他的工作将 会证明是“划时代”的，他说这是“研究原子核整个领域的新开端”。
在帕萨迪纳大会上，劳伦斯谈到了他的“质子旋转木马”。他虽然对获 取极高能量的其他方法也感兴趣，但他指出：在获得足够高的能量来击穿一 切元素的核之前，这些方法必然存在一些不可克服的严重缺陷。而采用他的 直线加速器或圆形加速器，就可以获得必需的高能，又不需要极高的输入电 压。但是会上同意他的意见的人不多。
劳伦斯没有受那些议论的影响。他的9英寸大小的回旋加速器已能产生 90万电子伏的质子，他还在不倦地为取得更高的电压而努力。
他们改变了极面的形状，调整了极面之间的加速空隙，从而大大提高了 电流。他们还发现了电磁聚焦，他们现在知道这是改进加速器性能的最最重 要的因素。他把磁极面的直径增加到11英寸。为克服磁场的不均匀性，他尝 试着在磁面与装有电极的真空“盒”之间放上各种形状的小铁片，然后改变 小铁片的形状和放置方法，电流提高了一倍，再做些改变，电流又增加一倍， 这样就发现了电磁聚焦的另一重大特点。1931年7月，使用改变过的测量仪， 在它周边收集到了100万电子伏的离子！劳伦斯通过共振使磁体转动，看到 电流计摆动起来。他能够分裂原子了！这是科学史上一个重大的事件，在此 以前，从来没有人产生过100万电子伏的粒子，而使用的加速器的直径只有 11英寸。
此时劳伦斯在纽黑文认识的美丽文静的姑娘玛丽·希卢默接受了他的爱 并与他订了婚。劳伦斯真是双喜临门。
他申请了用学校一座木制的两层楼安装他的加速器，他还在东部争取到 大笔的财政支援。设备安装好了，大家要求给这个建筑取个名字。劳伦斯开 始称他“穿透辐射实验室”，后来他就称它为辐射实验室。辐射实验室建造 的质子加速器那样大的仪器从来没有任何院校的实验室造过。越来越多的研 究生到伯克利来入学。有的要求无偿为辐射实验室工作。
从此，劳伦斯日夜不停地在辐射实验室与他的学生利文斯顿以及詹姆 斯·布雷迪一起在那个大磁体和它的附件旁工作。他又四处奔走，为实验室 找到足够的助手和足够的经费。此时利文斯顿已用这台大机器将质子加速到 200万电子伏，劳伦斯让他去度假，并让他写信将这一消息告知《物理评论》 的编辑，信的原名必须用利文斯顿的名字，他对利文斯顿说：“功劳是你的， 而我的名字不必在论文上出现。”
三、古代炼金术士的梦
1932年是世界笼罩着不祥阴云的一年，也是物理百花园丰收的一年：加 利福尼亚的尤里博士宣布发现氢的具有其两倍质量的同位素——氘（dāo，以 后用于热核反应，如制造氢弹）；卡文迪许实验室发现原子核中的中性粒子； 加州理工学院的卡尔·安德森证明了正电子的存在；卡文迪许实验室的科克 罗夫特和瓦尔顿用80万电子伏的高电压装置完成了人类历史上第一次原子 核人工裂变。用12.5万电子伏的能量使锂嬗变为氢。劳伦斯听到这个消息有 些懊恼，因为他两年之间就能用他的11英寸加速器完成这种嬗变。正在度密 月的劳伦斯立即往伯克利发电报，让他的学生用11英寸加速器轰击锂。结果 锂很快蜕变，很快又实现了硼、铝和其它元素的蜕变。
婚后的劳伦斯仍像以前一样勤奋地工作，一天24小时无论什么时候都能 看到他和他的学生及助手在仪器旁做实验或工作。斯通的X射线管产生了百 万电子伏的X射线，可以击穿半英寸厚的钢板，这种装置随后被用在医院中。 他们轰击了各种元素。1933年2月，在回旋加速器内第一次对铀这种当时已 知的最重元素进行了轰击。3月，他将重水电解。为离子源提供气体，然后 将它注入大的回旋加速器内。用锂作靶子，他们观察到了射程和能量比以往 任何时候在天然放射性物质中发现的都要大的α粒子。氘核也产生了中子， 其强度要比用质子轰击的大得多。当诺贝尔奖获得者玻尔听说氘核在分裂8 种元素的过程中的应用时，欢呼“这是令人不可思议的进步。昨天的梦想今 天已经实现了”。
1933年秋季，劳伦斯忙于改进他的加速器，他要鉴定或查实他的有关氘 核崩裂为具有相同射程的质子和中子的假设，并确定正确的中子质量。正当 他忙于解决这个问题的时候，布鲁塞尔索尔维科学委员会邀请他参加索尔维 会议。这个委员会的成员都是世界一流的科学家，如爱因斯坦、玻尔、德释 等。劳伦斯开始简直不敢相信这是真的。学校师生都劝劳伦斯参加，因为这 是“仅次于诺贝尔奖金的荣誉”。
为了给索尔维会议准备更多的资料，劳伦斯加紧了工作。他用300万电 子伏氘核轰击各种靶而且束流的强度也增加了。他在回旋加速器附近安置了 一个小的旧的云室，通过这个云室，无论是反冲计数器或放大器所得的结果 全部证实了劳伦斯的假设，无论是什么元素做靶情况都是如此。强大的中子 束，以及反冲中子和反中子也被观察到了。劳伦斯的观点是正确的。威力强 大的中子辐射使人们对实验者的生理效应担心，但劳伦斯觉得这对医学方面 可能具有相当重要的意义，他告诫他的“孩子们”要小心。
1934年2月24日，劳伦斯读到了一篇法国居里奥一居里夫妇写的一篇 文章，他们用α粒子轰击硼而发生了感生放射性。劳伦斯跑到实验室，调整 仪器，将靶轮转向碳，并将计数器的电路接上，此靶受轰击5分钟之后，回 旋加速器关掉了，打开了计数器。这时计数器喀呖喀呖地响起来。他读完文 章还不到半小时，便观察到放射性。放射性一直是存在的，辐射实验室在几 个月之前就能将它发现，只是要把盖革计数器放进去。他们为此而懊恼不已。
当他用中子使10多种元素具有放射性时，他又用同样的方法对氘核进行 了试验，发现钠也能具有有益处的放射性。他立刻就想到了在医学上应用的 可能性。他给《物理评论》的编辑写了一封信，答应写一篇关于放射性钠的 详细的论文。“对于我们来说，长时间地停止实验工作来写东西是困难的， 但是我坚持认为，应该写点什么，而且要在这方面树立榜样。实验一完成就 停止工作，开始写作。”他写道。
劳伦斯的实践表明，放射性钠和其他放射性同位素对医学很有价值。他 努力使这些当时只能用加速器制造的同位素为其他学科所利用。他从没失去 当年对医学的兴趣，而且对辐射在医学方面的应用抱着坚定的信心。利用辐 射实验室的成果制造X光机已用于治疗癌症，他本人已被指定为科罗克癌症 研究所的研究顾问。
1934年4月，劳伦斯成为（美国）全国科学院最年轻的院士。
1935年初劳伦斯提出了当束流从室里引出时用直接辐射治疗癌的可能 性。这年夏天，他利用弟弟约翰固车祸受伤的机会让约翰测量安全系数，并 研究将中子用于治疗的可能性。他认为中子束比X射线束扩散的少。放射性 同位素也许可以“钩到癌细胞上，从内部照射它”。斯通认为他的意见有现 实意义，这一点后来在某些类型的癌上得到了证实。
1936年1月，劳伦斯来到著名的哈佛大学访问。哈佛校长提出优厚的条 件聘请劳伦斯，但是劳伦斯已离不开在伯克利的同事、朋友及他的实验室， 经过再三考虑，他决定留在伯克利。校方也作出决定：辐射实验室成为物理 系的一个正式的独立单位，由劳伦斯任主任，并任命一个副主任，一个秘书 和一个机械师，增加实验室的研究经费。
1936年3月28日，伯克利辐射实验室，1100万电子伏的α粒子产生出 来了。只有已知的自然界最稀有的α粒子才能达到这么大的能量。在全国科 学院和物理学会4月份在华盛顿举行的会议上，劳伦斯和密执安大学的詹姆 斯·科克报告了这个成果和第一次把一种元素转变成了黄金的事实。虽然用 以转变成黄金的元素是铂而不是贱金属——千百年来炼金术士都在企图把贱 金属变成黄金——但在元素的转变中，这个变化毕竟是达到了最高峰。
在这些会议上，劳伦斯被一些热心提问的人包围起来。那些冷嘲热讽者 已失去了他们的优势。许多人要求去实验室参观，而更多的人则要求用回旋 加速器束流或中子辐射线来进行各种项目的研究。整个夏天实验室忙得不亦 乐乎。许多著名科学家前来参观访问。
四、伯克利辐射实验室主任
劳伦斯又着手进行几项设计：把回旋加速器的直径加大10英寸，增加射 频功率，扩大冷却储备量，并把如斯内尔式真空阀门靶子室这样一些改进结 合起来，允许迅速更换靶而不使真空受损；还设计了一个绰号叫“猪鼻子” 的抽空管将束流导离磁场，使其不受回旋加速器的磁力和其它各种力的作 用。回旋加速器的强大辐射使人议论纷纷。劳伦斯要求每个工作人员都要佩 带劳里森式验电器，以便检查遭受照射的情况。他的弟弟约翰也带着成群的、 身上长着癌瘤的老鼠来到这个负担已经过重的实验室进行中子辐射试验。
在辐射实验被正式确定为物理系的独立活动单位之前，它是相当独立的 了。这里的人都是学校的尖子，每人佩带一把钥匙。劳伦斯身边的人与其称
“助手”不如称“朋友”。很多科学家感叹这种“独一无二的令人叹服的通 力合作”。1936—1937年这段时间，劳伦斯的辐射实验室除副主任库克塞外， 还包括6个研究员，8个副研究员，8个副研究员助理，一个技术助理员，一 个机械师和一个秘书。他们都在勒孔特大厦三楼的大办公室里工作。他们当 中，有的来自英国，有的来自加拿大，有的来自意大利。劳伦斯自己有一点 时间就用在实验室里，如果他有时候呆在家里的话，那不是由于生病而遵从 医生的嘱咐，就是因为来了客人或需要处理一些个人的事情。在他的带动下， 全体人员都很勤奋，几乎每个晚上实验室都有人加班，有时则是全体人员。 劳伦斯对他的“小伙子们”，以及对他们的恋爱问题都是很关心的，他经常 对他们提出好心的劝告。在某种意义上来说，工作人员的妻子也是这个实验 室家庭的组成部分。由于实验室的男工作人员都工作到很晚，所以人们常常 称他们的妻子“回旋加速器寡妇”。
研究生们普遍认为杂志俱乐部举办的会议是劳伦斯所作出的重大贡献之 一。来这里的人，不论是教授、学生，都不拘礼节，无拘无束地交谈任何问 题。有些知识渊博、造诣很高的科学家有时会在辩论中驳倒劳伦斯的观点， 尽管如此，劳伦斯往往是对的。奥本海默同劳伦斯争论时常常处于优势。但 不管是否符合逻辑，结果却往往是劳伦斯没有错。这主要在于劳伦斯具有超 凡的直觉，尽管他经常不能把他所了解到的合乎客观实际的东西很好地表达 出来。
实验室还经常举办联谊会以活跃气氛。劳伦斯经常讲一些关于定时参加 体育活动有什么好处的话。他在触身法橄榄球比赛和网球比赛中是一把好 手。他后来又买了一艘游艇，他们以后经常坐上这艘游艇到旧金山海湾附近 航行。
劳伦斯一直注意给予他手下的年轻人应有的名誉。他拒绝在发表论文时 把他的名字加进去；在集体写作的论文上，他也不同意把他的名字排在第一 位，而是主张按字母的顺序排列。
实验室的人员在离开这个集体的时候，总要带上点儿遗憾的心情。但是， 由于他们分赴各地，这个集体的某些精神又被他们带到了其他各处的实验室 去。劳伦斯的既定方针是：要使每一个人都尽可能地获得最好的机会来发展 他们各自的才能。他常常把手下的人推荐到合适的工作岗位上去，尽管他不 大舍得把实验室的优秀人员放走。回旋加速器的理论也因此广为传播。这个 小组成员相互之间的团结以及他们同实验室的联系，都是非常坚强和牢固 的。
五、38岁的诺贝尔奖获得者
1937年5月，克罗克辐射实验室动土兴建。实验室的“巨型”回旋加速 器图样，经过反复研究与讨论，直到原有的加速器扩建完毕，并检验了可能 用于克罗克机器上的改进措施之后，才确定下来。然后安装了27英寸真空室 和扩大了锥形极端和37英寸室。经实验，8月22日强度超出所有仪表的刻 度，超过了100微安。37英寸加速器成功了。
