历史编译稿：本文保留原稿的科学人物叙事。英文资料来源为Famous Scientists；具名作者及译者未能从导出稿中核实，原发表日期待核实。
1905年，狭义相对论创立者阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）提出了著名的质能公式：E=mc²（用静质量m表示时，物体静止时的能量为mc²；不能将静质量本身理解为随速度增加）。
27年后，由英国物理学家约翰·科克罗夫特（John Cockcroft）于1932年主导的实验，证明了质量与能量之间的转换关系，为证明质能公式提供了强有力的证据。
约翰·科克罗夫特与物理学家欧内斯特·沃尔顿（Ernest Walton）自制了一个名为科克罗夫特-沃尔顿发电机的加速器，使用高压加速质子并将它们射向一个由锂制成的目标，以此测试能否通过粒子粉碎来将质量转化为能量。实验结果证实了他们的猜想，也为质能公式提供了第一个具有说服力的证据，打开了核能发展的大门！
1951年，因为“用诱导核反应的方法释放出了威力巨大的原子能，在原子能事业中起到了先导的作用”，约翰·科克罗夫特被授予该年度的诺贝尔物理学奖！
功勋卓著的士兵与科学家
约翰·道格拉斯·科克罗夫特（John Douglas Cockcroft）于1897年5月27日出生于英国约克郡托德莫登集镇。他的父亲John Arthur Cockcroft经营着一家棉纺厂，母亲是Annie Maude Fielden，约翰是他们五个儿子中的长子。
小时候，约翰就对当地棉纺厂用来提供动力的水轮和蒸汽机感到着迷。
4岁时，约翰进入沃尔斯登英格兰教会学校就读，之后又在托德莫登小学和托德莫登中学就读七年。1914年6月，17岁的约翰获得了曼彻斯特维多利亚大学的奖学金。
1915年11月，18岁的科克罗夫特志愿加入英国陆军，成为了第92野战炮兵旅的一名信号兵，参与了1917年7月至11月的帕申戴尔战役。因为在前线作战时面对敌人表现英勇且功勋卓著，科克罗夫特得到了上级军官的两次书面嘉奖。
1918年，科克罗夫特开始接受军官培训。1918年10月，科克罗夫特被任命为炮兵中尉，一个月后战争结束，他于1919年1月离开军队。
1920年6月，23岁的科克罗夫特回到曼彻斯特，在曼彻斯特市政技术学院攻读电气工程专业，获得一等学士学位。
在攻读学位期间，科克罗夫特给电气工程学教授迈尔斯·沃克（Miles Walker）留下了深刻印象。沃克为科克罗夫特推荐了维克斯电气有限公司（Metropolitan-Vickers）的学徒职位。维克斯电气有限公司付给科克罗夫特报酬，让他与迈尔斯·沃克一起从事研究工作：在商用电源频率下对电压和电流进行谐波分析。科克罗夫特和沃克共同发表了他们的研究成果，科克罗夫特也因此被授予电气工程硕士学位。
沃克认为科克罗夫特才华横溢，并建议他前往剑桥大学攻读数学课程。科克罗夫特不仅获得了奖学金，还得到了姨妈和沃克的资助。1924年，27岁的科克罗夫特被授予剑桥大学一等荣誉学士学位。
此后，又是在沃克的引荐下，科克罗夫特成为了欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）教授小组的一名博士生。当时卢瑟福已经前往剑桥任教，领导著名的剑桥大学卡文迪许实验室。1928年，31岁的科克罗夫特被授予博士学位。
开创性的实验与震撼结果
留在卡文迪许实验室从事研究工作的科克罗夫特从俄罗斯物理学家乔治·伽莫夫（George Gamow）于1928年发表的一篇论文中获得了灵感。
伽莫夫在论文中写道：量子隧道效应告诉了我们为什么1919年卢瑟福用只有几百万电子伏能量的α粒子就可以分解氮原子。(1919年，卢瑟福实现了人类历史上原子的首次人工转变：用放射性元素发射的α粒子轰击氮原子，使氮原子转变为氧原子）。
这种核反应可以被书面表述为：
然而，利用α粒子人工转变原子的方法只能在少数特定情况下起效。根据量子隧道效应，科克罗夫特计算出仅30万伏能量的质子就能穿透并瓦解锂等轻元素的原子核。1929年，科克罗夫特建造了一个放电管来加速质子，但未能瓦解任何原子核。
卡文迪许实验室的另一位博士后研究员是欧内斯特·沃尔顿（Ernest Walton），他一直在尝试用电子和重正离子撞击轻原子核。卢瑟福鼓励他与科克罗夫特开展合作，并提前预支给他们1000英镑经费用来建造粒子加速器。
这两位科学家组成了一个完美的团队，自制了一个看起来很简易的加速器（的确如此，其中包括捡来的自行车零件、玻璃管、食品罐和模型粘土），但它成功了。他们制造的变压器通过将低压交流电转换成高压直流电（最大电压约为70万伏），足以为质子提供足够的速度。
1932年4月14日上午，沃尔顿利用这套设备进行了历史上首次人工核分解，以40万伏电压将质子撞击到锂金属薄片上，将锂原子分裂成快速移动的氦核（α 粒子）：
令我高兴的是，我看到了微小的闪光，看起来就像我在书中读到过但从未见过的α粒子产生的闪烁。在做了一些简单的测试以确保我不是在胡思乱想之后，我给科克罗夫特打了电话。—欧内斯特·沃尔顿
科克罗夫特和沃尔顿合作开展了进一步的实验，他们将质子、氘核和α粒子撞入碳、氮和氧原子，产生了碳-11和氮-13等放射性同位素。
1951年，科克罗夫特和沃尔顿因“人工加速原子产生原子核嬗变的开创性研究”而被授予该年度的诺贝尔物理学奖。
当原子被成功打开
科克罗夫特在1932年进行的原子粉碎实验是他职业生涯中最伟大的研究成果之一。
·约翰·科克罗夫特和欧内斯特·沃尔顿自制了一台变压器，用来将低压交流电转换为高压直流电。
·他们利用高压为历史上第一台“高能”粒子加速器提供动力。
·粒子加速器发射了高速运动的质子。
·质子撞击锂原子，就像高速子弹撞击小石头一样。
·质子穿透锂核，使其分裂成氦核，这是人类历史上首次利用人工制造的粒子实现核转变。
·核反应过程中释放出的大量能量证明了爱因斯坦的著名论断：质量和能量是等价的，其关系式为E=mc²。
·科克罗夫特和沃尔顿因“人工加速原子产生原子核嬗变的开创性研究”荣获1951年诺贝尔奖。
1948年，51岁的科克罗夫特被授予爵士称号，成为约翰·科克罗夫特爵士，他一生中获得过的荣誉包括：
·1938年：休斯奖章
·1944年：大英帝国司令勋章
·1948年：爵士称号
·1951年：诺贝尔物理学奖
·1954年：皇家勋章
·1955年：法拉第奖章
·1957年：荣誉勋章
·1961年：奥地利工业协会颁发的威廉·埃克斯纳奖章
·1963年：巴斯勋章
·1947年：美国金棕榈自由奖章
·1950年：法国国家荣誉军团勋章
·1955年：葡萄牙基督军事团骑士勋章
·1958年：西班牙阿方索十世大十字勋章
1967年9月18日，约翰·科克罗夫特爵士因心脏病突发在剑桥大学丘吉尔学院的家中去世，享年70岁。
20世纪初的英国，对于原子能的未来应用就有了宏大且奇妙的设想。
1914年，英国作家赫伯特·乔治·威尔斯（Herbert George Wells）在小说《解放的世界》把原子能描述为：一种能量的来源，这种能量如此强大，一个人可以在他的手中携带这种能量来照亮一座城市一年，或者驾驶我们的巨型客轮穿越大西洋！
20世纪30年代，英国政治家温斯顿·丘吉尔（Winston Churchill）同样对核能感到着迷：高层官员告诉我们，一定会发现比我们已知的任何力量都重要得多的新能源！
1932年，英国物理学家约翰·科克罗夫特通过实验打开了一扇通往核能的大门，一代代的接力传承下，曾经的梦想，终变为了今日的奇迹！
原文链接：
https://www.famousscientists.org/john-cockcroft/
资料来源：《Famous Scientists》
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编辑说明
编辑说明：质能公式明确采用静质量的约定，避免把静质量和旧称“相对论质量”混同。丘吉尔在1930年代尚未任英国首相，原错误职务改为政治家；实验经过与原图注保留。
补充参考资料
Max Planck Einstein Online：质量与能量
来源与编辑记录
根据博士科普公众号完整历史文章导出恢复。
校订说明：编辑说明：质能公式明确采用静质量的约定，避免把静质量和旧称“相对论质量”混同。丘吉尔在1930年代尚未任英国首相，原错误职务改为政治家；实验经过与原图注保留。
