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在美國，科學家的精力越來越多地集中在艱難、複雜的提煉濃度不到1%的鈾235的工作上。它遠比普通、穩定的鈾238要活躍。與此同時，在英國出現了“臨界質量”的觀點：鈾235可以自動發生核反應。奧托佛里希果斷地改變了炸彈中所需的鈾的重量，從很多噸減至1到2噸。而物理學家魯道夫。皮爾斯（1907—1995）繪製了一幅機械圖，據說擠壓分成兩半的鈾235就可立即產生連鎖核反應。英國物理學家詹姆斯。查德威克悲哀地斷定原子彈不僅是可能的——現在它成了必然的了。
英國1940年成立了自己的研究委員會，但人們仍然懷疑它的軍事意義；美國成立了國防研究委員會，不過最初是不受重視的。但科學家們對新的裂變物質的探索仍在繼續著。於是又發現了一個強大的同位素：鈾239.它在元素周期表中位於第93位，還元素名為錼，符號為Np.化學家葛倫。西伯格（1912— ）在實驗室轟擊了它，使之衰變，得到一種更致命的元素鈽（Pu），排在元素周期表的第94位。與此同時，義大利物理學家恩里克。費米（1901—1954），諾貝爾獎的獲得者，和他的猶太妻子一起移民到美國。費米在芝加哥一個廢棄的法院裡對交錯“堆”成的高9米（30英尺）的鈾和石墨進行了研究，證實了世界上首例典型的核反應堆的臨界質量。此外，其他研究者也嘗試了很多其他方法，從熱擴散到離心分離機和電磁法，來提煉鈾235.對美英等國的核計劃行動，蘇聯一直以來被蒙在鼓裡，到1939年才開始進行核研究。但項目投入並不龐大——5年來只有20位科學家參與其中。1941年4月，日本也開始了自己的研究，但那時德國的研究正在走下坡路，部分原因是一些官僚作風的影響；日本的其他項目又間斷地進行了幾年。
原子彈的威力1903—1999（4）
但真正激起美國努力研製核武器決心的是日本1941年12月對珍珠港的偷襲事件。不僅太平洋艦隊被摧毀，使美國捲入了對抗德、意、日法西斯的戰爭，而且美國政府也開始在軍事監督下加速推行核計劃，並撥款幾百萬美元作為支持。當時製造1顆原子彈的耗資預計在20億美元。這在當時可是一筆巨大的金額，因此在幾年間美國就建成了同它的汽車工業大致相等規模的基礎設施。
當時盟軍並沒有對德國的核計劃進行間諜刺探，也就沒有可靠的數據表明納粹德國在戰爭結束時計劃進展到什麼程度。這個奇怪的忽略像幾十年後那些致命的核泄漏事件一樣使盟國的猜測陡增。羅伯特。奧本海默是一位富裕、聰明、內向又自我懷疑的物理學家。他興趣廣泛，從T.S.艾略特的詩到印度的哲學都使他著迷。奧本海默成了一位科學的指揮者，頑固的職業軍官雷斯里。格羅夫斯（1896—1970）抓住了該項目的要害，要求調查結果。
這兩人成了著名的曼哈頓計劃的推動力量。瘦弱的、菸癮很大的奧本海默在科學上有很高的榮譽。他在戰前對右翼政黨漠不關心，但德國人對猶太人的迫害激起他的憤怒，他成了英明的行政官和群眾的動員者。他和格羅夫斯確信建立一個中央實驗室是成功的關鍵，但他們很小心地分步行動。他們把地址選在洛斯阿拉莫斯的荒漠上，位於聖塔菲外高2000米（7000英尺）的平頂山上的農場學校里。為物理研究組準備的簡陋的臨時住房很快在舊學校周圍建了起來。戰爭結束時，洛斯。阿拉莫斯已經發展成了一個小鄉鎮，可容納10，000人。在別處還有兩座大型的生產設備，一個位于田納西州的邊遠地區橡樹山，另一個在漢福，有三“堆”鈽，俯瞰著華盛頓州的哥倫比亞河。
使研究協調運行是一項無比艱巨、複雜的工程，需要同時做大量的工作，而核材料的產出率最初是很低的。安全總是首要的考慮因素。無線電技師在軍隊和科學家之間來回奔波，認為應該公開交流意見。他們用暗語進行工作上的交流，“金屬管”即鈾，“機械”即原子彈。最後，眾多的引爆方法就減少到了兩個：一個使用嵌入式手槍發射鈾“子彈”，擊中槍口裡的鈾—235，這種方法也叫“槍法”；另一個是用烈性炸藥的外殼刺激鈾裡面比橘子小一些的球狀鈽，在中心產生巨大的內壓，這種方法叫“內爆法”。於是就有了投落到廣島的“小男孩”和投到長崎的更為厲害的“胖子”的誕生。
這個計劃的後果是在洛斯阿拉莫斯南320千米（200莫里）的阿拉莫戈多市貧瘠的沙漠爆炸區進行燃爆試驗。為了做好各種準備，這次爆炸試驗往後推遲了，在離基地10英里的冰點地面的一座鋼塔上進行。攝像師在現場拍攝了煙火的圖片，較為靠近的人都穿上了防護裝備。爆炸產生的白色雙重火光快得讓人眼難以把它們分開。接下來的1/1000秒出現了一個大火球。場面既壯觀美麗又叫人害怕。火球在升到雲端並變成明亮的紫色之前直徑膨脹到600米（100英里）。強烈的衝擊波使地面像一塊髒地毯一樣搖晃、抖動。一位科學家把爆炸比作“打開一個熾熱無比的火爐和太陽升起”。其他人在爆炸試驗場附近進行打賭，埃斯德爾。I .拉比的預測最接近真實情況：它產生了18，600噸TNT當量的能量——也許實際的能量比這預計的還要多。更具詩人頭腦的奧本海默用印度的經文來描繪它的巨大影響，引用的是《博伽梵歌》中的一句：“現在我成了死神，世界的毀滅者。”這個比喻並不誇張——事實確實如此。