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最初的“原子轟擊”最終導致可控制的裂變，這也成了設計原子彈的基本原理。但在爆炸發生之前，還需要一種特殊的熔解，這不是靠原子本身，也不是它的亞原子微粒，而是一組才華橫溢的物理學家們的共同努力研究完成的。他們分散在英國、德國、法國、丹麥、義大利、美國和日本。美國計劃中的幾個關鍵性人物是匈牙利或德國猶太人。他們在20世紀30年代中期從納粹分子的迫害中逃脫。他們在研究中使用了不同的但互為補充的方法。在核秘密還未解開之前，這些方法只能綜合起來。
對原子的最初理解要追溯到古希臘。公元前5世紀的留基波和德謨克里特，及公元4世紀的伊壁鳩魯認為世界由小到不可分割的微粒構成。這是哲學上的論斷而不是科學上的，主張原子存在即是合理的。這個觀點遭到亞里士多德（384—322 BC）和後世的基督教會的反對，但文藝復興時期還有很多人傾向於古希臘的原子說。多明我會的修士布魯諾（1548—1600）就是一個支持者。他在1586年宣稱：“對自然界物質的分割是有限的，不可分割的事物是存在的。分割自然界物質最後可得到最小的用儀器可看到的微粒。”不幸的布魯諾因擁護尼古拉。哥白尼（1473—1543）的理論被當做異教徒活活燒死。但在下一個世紀，皮埃爾。伽桑狄（1592—1655）的運氣就要好些。他更廣泛地散布了原子論，抹去了它在無神論上的污點。17世紀相關的理論家羅伯特。波義耳（1627—1691）得到發展。波義耳出生在愛爾蘭，是一個有錢的煉丹家和自然物理學家。波義耳定律即以他的名字命名，該定律認為氣體的體積同它的壓強成反比。波義耳還提出了“微粒哲學”說。儘管波義耳的“微粒”說同古希臘的原子說並無大的區別，但波義耳堅持認為他並沒有受到希臘原子論的影響。他的理論通過微粒的位置和運動來解釋自然界的現象；該理論影響了英國哲學家約翰。洛克（1632—1704）和大名鼎鼎的物理學家艾薩克。牛頓。1660年波義耳協助成立了皇家學會。
原子彈的威力1903—1999（2）
然而，直到19世紀早期才出現接近現代理論的原子論，約翰。道爾頓（1776—1844）首先做出了貢獻。他是一個氣象學家和色盲現象的發現者。1803年，道爾頓觀察到氧氣和碳會形成兩種化合物，其中一種化合物（二氧化碳）中的氧與碳的重量比正好是另一種（一氧化碳）化合物中該比例的兩倍。由於不同元素可以以一個固定的重量比組合，道爾頓推斷出所有既定元素的原子一定是相同的，因為它們有相同的質量，而微粒的質量不同，元素也就不同。化合物是由不同元素以固定比例組成的原子構成的，而在這個有序的重組過程中會發生化
學反應。
19世紀末，德國的威廉。倫琴（1845—1923）從試驗中發現了一種新的奇怪的帶負電荷的放射物。它被命名為X射線。X射線的發現使倫琴獲得1901年的諾貝爾獎。1年之後，即1896年，法國科學家亨利。貝克勒爾（1852—1908）發現了放射性物質。他觀察到鈾能夠使一張封在黑色紙中的底片變黑，但剛開始，他還認為是由太陽光線的刺激造成的。第二年，J.J.湯普森（1856—1940）在劍橋的卡文迪許實驗室取得重大的研究突破。它在用負極電流做的實驗中發現了電子，並用波義耳創造的詞“負的粒子”稱呼它。兩年後，歐內斯特。盧瑟福（1871—1937），一個後來成了英國“核物理實驗之父”的直率、友好的紐西蘭人證實了鈾中含有兩種不同的發射物。一種由正的帶電粒子組成，他稱之為α粒子；第二種穿透力更強也較易解釋，即β射線。
在世紀之交，英國的弗里德里克。索迪（1877—1965）觀察到了放射性物質自發分裂成不同形態的物質的過程。他將之命名為“同位素”。來年，即1902年，他和盧瑟福共同發表了放射性元素蛻變理論。1903年和1904年，諾貝爾獎項中第一個物理獎共同頒發給了發現放射現象的貝克勒爾、皮埃爾。居里（1859—1906）和瑪麗。居里（1867—1934）。後來諾貝爾化學獎頒給了α射線的發現者盧瑟福。1905年，阿爾伯特。愛因斯坦發表了他獨特的相對論。這個新的方程式使物理學的理論發生革命性變革，並最終改變了人類對自然界的思考方式。
但兩年後，盧瑟福在曼徹斯特又做了一個新實驗，直接研究物質的內核。他與蓋格爾計數器的發明者漢斯。蓋格爾（1882—1945）和一個18歲的大學生歐內斯特。馬斯頓（1888—1970）一起合作，用α粒子轟擊一片極薄的金箔。從微粒少量合成物中推斷出“原子最偉大部分”一定集中在一個微小的原子核上。後來，他說：“這是一生中發生過的最難以置信的事……幾乎就如同你用手槍將子彈射向一張15英寸大小的稿紙，而子彈竟然反彈回來，射中了你自己一樣令人難以置信！”
即使有了這次偉大的發現，要理解原子結構的內在秘密還有一段很長的路要走。另一位重要的貢獻者是聰明、直覺敏銳的丹麥物理學家玻爾（1885—1962）。他進入了量子研究的新領域，為量子物理學的發展奠定了基礎。他觀察到放射性物質來自原子核，而它們的化學特徵取決於電子。1923年，他爭論說電子以一種“固定的狀態”存在——這種穩定的軌道使它們不至於以螺旋式轉向比它們大的原子和或者旋轉到其他地方。後來，他又發現原子一加熱，吸收到更多的能量，在軌道運轉的電子會間斷地躍遷到新的固定狀態。在原子核周圍找到新的循環路線，離中心更遠，冷卻後會跳回原來位置。玻爾1922年獲諾貝爾獎，比愛因斯坦晚1年。