大科学

本书所说的大科学，不只是借助大型机器开展的科学。它代表一种全新的组织规模——昂贵的设备、有力的资助者、专门建造的实验室、由各领域专家组成的团队，以及战时对信息的军事管控。欧内斯特·劳伦斯的回旋加速器使这种规模清晰可见；由J.罗伯特·奥本海默领导的洛斯阿拉莫斯计划，则将其发展为全国性的武器事业。两者共同展现了科学能力如何扩展，同时科学工作的条件又如何与金钱、行政管理、保密和国家权力纠缠在一起。

从回旋加速器到大型实验室

劳伦斯构想了一种无需依靠起初并不实用的百万伏特加速器，便能轰击原子核的方法。他提出的机器不沿单一直线路径推进质子，而是让质子反复通过交变电场加速，使它们沿螺旋轨迹运动。这样，较低的电压也能逐渐累积，令粒子达到高得多的速度。到1931年初，他已有一台简陋的加速器，其腔室直径为4.5英寸，可产生8万伏特的质子；一年后，一台11英寸的机器则能产生百万伏特的质子。劳伦斯将这项发明命名为回旋加速器，并不断设想制造更大的机器，包括重达数百吨、造价数万美元的加速器。

在加利福尼亚大学校长罗伯特·G·斯普劳尔的支持下，劳伦斯获得了勒孔特楼旁一栋旧木楼，并在那里建立了伯克利辐射实验室。实验室的重要性不只在于某一项实验——回旋加速器为理论物理学家提供了探索原子最深处的途径。1939年，劳伦斯获得诺贝尔物理学奖，这既是对该仪器科学力量的认可，也是对围绕它建立的研究计划的肯定。

资金、资助者与规模文化

回旋加速器的规模需要相应的融资体系。单靠普通实验室资源，无法建造一块重达80吨的磁铁。劳伦斯善于争取伯克利有影响力的校董支持，其中包括石油企业家埃德温·波利、银行家威廉·H·克罗克，以及全国性权力掮客、威廉·伦道夫·赫斯特的法律顾问约翰·弗朗西斯·内兰。1932年，斯普劳尔提名劳伦斯加入旧金山的波希米亚俱乐部；加利福尼亚州的商人与政界人士常在那里聚会。劳伦斯得以接触这些资助者，帮助他将雄心勃勃的设备构想变成运作中的机构；这也使他卷入了其中一些资助者所持的保守派反新政政治立场，而他曾一再接受他们的资助。

这种机构文化不同于J.罗伯特·奥本海默对理论物理学的倾向。本书将他描述为献身于纯粹且规模相对“较小”的科学，而大型实验室往往以技术和“军事科学”为导向。即使在年轻物理学家中，这种差异也能感受到——曾先后师从劳伦斯和奥本海默的罗伯特·威尔逊离开伯克利前往普林斯顿，因为他认为与大型机器相关的科学是“最糟糕的团队研究”。大科学使人们能够开展合作，并在以往无法达到的能量范围内进行探索；但它也可能使研究显得缺乏人情味，或从属于大型组织的要求。

洛斯阿拉莫斯——科学项目成为一个共同体

战争期间，奥本海默必须从另一条道路进入这个规模化的世界。作为一座武器实验室的主任，他要将曼哈顿计划分散各地的设施整合起来，并研制出可实际使用的原子武器；他面对的是陌生的行政工作、安全规章和紧迫的时间表。年仅39岁的他，不仅要改变自己的研究内容，也必须改变工作方式——招募、协调和管理变得与科学判断同样重要。

实验室选址体现了这一项目不同寻常的雄心与隔绝状态。奥本海默与埃德温·麦克米伦在陆军军官约翰·H·达德利陪同下考察了几个候选地点，之后选定洛斯阿拉莫斯。它的偏远位置符合军方的要求，却使普通的科研基础设施难以到位。选址后的三个月里，施工队搭建了廉价的军绿色营房，以及简陋的物理和化学实验室。奥本海默向汉斯·贝特承诺，会建成一个具备住房、电力、学校、图书馆、洗衣房、医院和其他服务设施的完善社区；出于安全考虑，住宅里不会安装电话。约翰·曼利带着在芝加哥大学的经验抵达，那里有图书馆、技术人员和机器设备；他提出异议，认为洛斯阿拉莫斯几乎没有实验物理研究所需的资源。这个项目要求在偏远地区建成一座能够运转的科学城，而雄心与现有基础设施之间的不匹配，使后勤保障也成了科学问题的一部分。

保密与合作需求之间的冲突

军事组织也试图将知识分隔开来。1942年夏天的研讨会在勒孔特楼一间阁楼里举行，阳台上固定着铁丝网，而唯一的钥匙由奥本海默保管。阳光将铁丝网的影子投在物理学家的论文上；约瑟夫·温伯格回忆说，这群人看起来仿佛坐在一座象征性的牢笼里。在洛斯阿拉莫斯，同样的矛盾成了机构层面的问题。汉斯·贝特提议举办每周一次、议题开放的讨论会后，奥本海默表示支持，并坚持认为，科学家需要有空间讨论此前被分隔开的复杂研究。1943年4月15日举行的第一次会议上，鲍勃·瑟伯在一间空荡荡的男校图书馆里，向不超过40名科学家作了简报。就连会议用语也反映出军方的监督——奥本海默派约翰·曼利去提醒瑟伯，用“装置”代替“炸弹”。

然而，实际工作不断冲击着严格的知识分隔制度。奥本海默认为，深入讨论有助于那些信息被分隔在不同领域的科学家。爱德华·泰勒也认为，过度保密会妨碍效率；甚至欧内斯特·劳伦斯在洛斯阿拉莫斯演讲时，也无视了限制。分隔政策仍然是正式规定，但科学家们越来越不严格遵守。这并非仅仅是安全与个人偏好之间的冲突——项目需要保密来保护自身，但科学任务又要求人们交流想法并比较问题。

实验室周围的监视加剧了这种矛盾。陆军反情报部门安排对奥本海默进行全天候的技术监控和实地监视；便衣人员监视他的邮件和家中电话，他的办公室也遭到窃听。他遵从安全要求，并谨慎处理机密文件，但压力、调查以及对失败的恐惧令他不堪重负。1943年夏天，他告诉罗伯特·巴彻，自己正在考虑辞职。巴彻回答说，没有别人能胜任这项工作；这句话凸显出，这项事业在多大程度上依赖一位主任，而他被要求在一个同时监视着自己的体制内工作。

科学的规模与公共责任

本书将这种军事形态的大科学与尼尔斯·玻尔所设想的“开放世界”相对照。在玻尔看来，实验室已经表明，国际科学共同体能够跨越国界共享知识。然而，原子弹使这种交流既关乎科学原则，也关乎安全——若没有国际管制与信息获取，任何暂时的优势都可能转变为长久的危险。他主张国际视察人员应能进入军事和工业场所，这一主张揭示了他认为必要的制度变革有多大。

因此，大科学既是一项成就，也是一种困境。劳伦斯的粒子加速器与奥本海默协调指挥的实验室，让前所未有的科学和技术资源得以用于探索原子。但这项事业越庞大、力量越强，就越难将发现与资助、军事目的和知识治理分开。在洛斯阿拉莫斯，合作对原子弹项目不可或缺，安全规章却试图限制合作；实验室对信息共享的需求，揭示了旨在控制信息的保密制度本身所存在的局限。这个概念所指的不只是机器和预算的增长，还包括科学由谁组织、服务于何种目的，以及这种力量伴随哪些责任的转变。