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此時，實驗物理學已成為美國大學研究生院的一個很活躍的學科。儘管美國人在物理學理論研究方面並不處於領先地位，他們在設計檢驗理論的設備方面卻是相當出色的。一九三一年，伯克利加州大學的歐內斯特·勞倫斯已製成了第一台回旋加速器，它大大便利了對原子的研究和對放射現象的試驗；同年，普林斯頓大學的羅伯特·范德格拉夫也設計出了產生亞原子粒子射束的高壓靜電發生器。美國的實驗設備絲毫不亞於任何國家。
政府對原子研究的大規模支助直到一九四一年十二月七日珍珠港事件爆發後才開始，但是此後的行動就非常迅速了。到一九四二年一月中旬，新成立的規劃委員會的成員之一阿瑟·康普頓已經全面調查了最近的研究對製造原子彈的意義，並對他的物理學家同事們宣布了一個預定的時間表：（1）一九四二年七月一日以前確定產生鏈式反應是否可能；（2）一九四三年一月以前完成第一次鏈式反應；（3）一九四五年一月以前製造出一顆原子彈。這一宏大計劃的另一個名稱是“研究與發展”，它需要遍布整個美國大陸的全國性巨額投資。
從開始行動那天起，每個階段的問題就不再是能否做到，而是何時做到了。理論和實踐方面許多尚無把握的東西並沒有沖淡對於原子彈定能製成的信念。但是戰爭的壓力使得這項工作十分緊迫，需要採取一種代價十分巨大的工作方式。直到一九四二年年中，科學家們仍然無法肯定，在想像中的五種能產生裂變物質的方法中，究竟哪一種最為有效。在一般情況下，就會逐一試驗每一種方法，從看來希望最大的方法開始，直到找到最佳方法為止。但康普頓反對這種做法，他說：“德國人目前可能已經遠遠超過我們。他們在一九三九年就開始大力實行他們的計劃，而我們直到一九四一年才作同樣的努力。”甚至只是幾個月的耽擱也可能使德國人獲得決定性的優勢。因此，科學家規劃委員會決心齊頭並進，同時著手對五種方法進行試驗，即使這意味著要為每一種試驗修建一座耗資巨大的工廠，而且從長遠來講，預計這些工廠中只有一座是必要的，也在所不計。到一九四二年十二月，規劃委員會已經可以將可能性的範圍縮小。他們建議修建的四個工廠需要約四億美元的資金。
這些工廠的規劃與修建，以及政府對整個原子彈工程的管理都是由萊斯利·格羅夫斯准將負責的，他曾任陸軍建築工程部副部長，負責監造了世界上最大的辦公樓國防部五角大樓。格羅夫斯是一位隨軍牧師的兒子，是在軍營中長大的。他進西點軍校前，曾莊麻薩諸塞理工學院就讀一年半。一九一八年，他從西點軍校畢業，成績在全班名列第四。他對物理和原子並沒有特殊的了解，但是作為陸軍建築工程部副部長，他要對每月支出的約六億美元負責，而且還以能夠迅速完成任務而聞名。
在制訂原始計劃（以及作出花費數以億計美元的決定）時，試驗尚未表明究竟是否會出現核鏈式反應。以前的實驗只表明，鈾原子以分裂為其它元素的原子，但並沒有表明鈾原子裂變後釋放出來的中子可以被控制來分裂更多的鈾原子，再釋放更多的中子，以至不停地循環下去。如果在這個過程中中子不可避免地喪失了，那麼原子的裂變不論對物理學家來說是多麼有趣，也是沒有什麼實際意義的。如果可以產生自持的鏈式反應，那就是發現了一個無可限量的新的能量來源。一九四二年十二月二日，在芝加哥大學斯塔格運動場看台下臨時從牆球球場改建的秘密實驗室里。恩里科·費米進行了第一次核裂變，證明反應確是可以自持的。規劃者們決定在一個人口稠密的城市的中心，而不是在邊遠鄉村的實驗室進行這一危險的試驗，這一事實充分說明他們對自己的計算（以及費米所作的能夠防止反應失控和爆炸的預言）充滿信心。
但是在費米提出他的決定性證據之前，政府業已投入大筆貧金，並在田納西州的橡樹嶺、華盛頓州的漢福德和新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯修建了新的城市。這些秘密的“荒野之城”就是二十世紀的“山巔之城”：在這些城市裡進行的生產和試驗對人類充滿了威脅，又充滿了希望。歷史上這項意義最深遠、耗資最巨大的技術性工作是為了完成人類對其能觸及的範圍之內最小物質的控制。
這項計劃基本上是按預定的時間表進行的。為製造原子彈提供可用的原材料所需採取的所有各種措施，全都齊頭並進，而且與此同時，科學家和技術人員已開始對原子彈本身進行設計。生產足夠的可裂變物質是一項巨大的工業任務。儘管總的來說，各種判斷、猜測和預言最後證明都是正確的，但是風險最大的預言莫過於製造出一顆原子彈的可能性。一九四五年七月十六日，也就是康普頓在一九四二年一月所指定的時間的六個月之內，第一個原子裝置在新墨西哥州沙漠中的阿拉莫戈多爆炸了。《紐約時報》的威廉·勞倫斯從二十英里外的觀察站目睹了這次爆炸，他寫道：“就象一部宏大的元素交響曲壯麗的最後樂章，既迷人，又恐怖，既令入激奮，又令人壓抑，險惡，毀滅，既充滿巨大的希望，又充滿災難性的凶兆……在那一瞬間，永恆降臨了，時間停止了，空間變得微乎其微，天崩地裂，人們似乎目睹了世界的誕生——見到那創造夭地的一刻，當時上帝說：‘出現光亮吧！’”僅僅三個星期後，也就是一九四五年八月六日，美國在廣島扔下了一顆原子彈，方圓四英里的市中心區夷為平地，傷亡超過十六萬人。三天後，美國在長崎扔下了第二顆原子彈。次日（八月十日），日本人投降，至於美國物理學家的競爭對象德國人，早在三個月之前就投降了。
政府對原子研究的大規模支助直到一九四一年十二月七日珍珠港事件爆發後才開始，但是此後的行動就非常迅速了。到一九四二年一月中旬，新成立的規劃委員會的成員之一阿瑟·康普頓已經全面調查了最近的研究對製造原子彈的意義，並對他的物理學家同事們宣布了一個預定的時間表：（1）一九四二年七月一日以前確定產生鏈式反應是否可能；（2）一九四三年一月以前完成第一次鏈式反應；（3）一九四五年一月以前製造出一顆原子彈。這一宏大計劃的另一個名稱是“研究與發展”，它需要遍布整個美國大陸的全國性巨額投資。
從開始行動那天起，每個階段的問題就不再是能否做到，而是何時做到了。理論和實踐方面許多尚無把握的東西並沒有沖淡對於原子彈定能製成的信念。但是戰爭的壓力使得這項工作十分緊迫，需要採取一種代價十分巨大的工作方式。直到一九四二年年中，科學家們仍然無法肯定，在想像中的五種能產生裂變物質的方法中，究竟哪一種最為有效。在一般情況下，就會逐一試驗每一種方法，從看來希望最大的方法開始，直到找到最佳方法為止。但康普頓反對這種做法，他說：“德國人目前可能已經遠遠超過我們。他們在一九三九年就開始大力實行他們的計劃，而我們直到一九四一年才作同樣的努力。”甚至只是幾個月的耽擱也可能使德國人獲得決定性的優勢。因此，科學家規劃委員會決心齊頭並進，同時著手對五種方法進行試驗，即使這意味著要為每一種試驗修建一座耗資巨大的工廠，而且從長遠來講，預計這些工廠中只有一座是必要的，也在所不計。到一九四二年十二月，規劃委員會已經可以將可能性的範圍縮小。他們建議修建的四個工廠需要約四億美元的資金。
這些工廠的規劃與修建，以及政府對整個原子彈工程的管理都是由萊斯利·格羅夫斯准將負責的，他曾任陸軍建築工程部副部長，負責監造了世界上最大的辦公樓國防部五角大樓。格羅夫斯是一位隨軍牧師的兒子，是在軍營中長大的。他進西點軍校前，曾莊麻薩諸塞理工學院就讀一年半。一九一八年，他從西點軍校畢業，成績在全班名列第四。他對物理和原子並沒有特殊的了解，但是作為陸軍建築工程部副部長，他要對每月支出的約六億美元負責，而且還以能夠迅速完成任務而聞名。
在制訂原始計劃（以及作出花費數以億計美元的決定）時，試驗尚未表明究竟是否會出現核鏈式反應。以前的實驗只表明，鈾原子以分裂為其它元素的原子，但並沒有表明鈾原子裂變後釋放出來的中子可以被控制來分裂更多的鈾原子，再釋放更多的中子，以至不停地循環下去。如果在這個過程中中子不可避免地喪失了，那麼原子的裂變不論對物理學家來說是多麼有趣，也是沒有什麼實際意義的。如果可以產生自持的鏈式反應，那就是發現了一個無可限量的新的能量來源。一九四二年十二月二日，在芝加哥大學斯塔格運動場看台下臨時從牆球球場改建的秘密實驗室里。恩里科·費米進行了第一次核裂變，證明反應確是可以自持的。規劃者們決定在一個人口稠密的城市的中心，而不是在邊遠鄉村的實驗室進行這一危險的試驗，這一事實充分說明他們對自己的計算（以及費米所作的能夠防止反應失控和爆炸的預言）充滿信心。
但是在費米提出他的決定性證據之前，政府業已投入大筆貧金，並在田納西州的橡樹嶺、華盛頓州的漢福德和新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯修建了新的城市。這些秘密的“荒野之城”就是二十世紀的“山巔之城”：在這些城市裡進行的生產和試驗對人類充滿了威脅，又充滿了希望。歷史上這項意義最深遠、耗資最巨大的技術性工作是為了完成人類對其能觸及的範圍之內最小物質的控制。
這項計劃基本上是按預定的時間表進行的。為製造原子彈提供可用的原材料所需採取的所有各種措施，全都齊頭並進，而且與此同時，科學家和技術人員已開始對原子彈本身進行設計。生產足夠的可裂變物質是一項巨大的工業任務。儘管總的來說，各種判斷、猜測和預言最後證明都是正確的，但是風險最大的預言莫過於製造出一顆原子彈的可能性。一九四五年七月十六日，也就是康普頓在一九四二年一月所指定的時間的六個月之內，第一個原子裝置在新墨西哥州沙漠中的阿拉莫戈多爆炸了。《紐約時報》的威廉·勞倫斯從二十英里外的觀察站目睹了這次爆炸，他寫道：“就象一部宏大的元素交響曲壯麗的最後樂章，既迷人，又恐怖，既令入激奮，又令人壓抑，險惡，毀滅，既充滿巨大的希望，又充滿災難性的凶兆……在那一瞬間，永恆降臨了，時間停止了，空間變得微乎其微，天崩地裂，人們似乎目睹了世界的誕生——見到那創造夭地的一刻，當時上帝說：‘出現光亮吧！’”僅僅三個星期後，也就是一九四五年八月六日，美國在廣島扔下了一顆原子彈，方圓四英里的市中心區夷為平地，傷亡超過十六萬人。三天後，美國在長崎扔下了第二顆原子彈。次日（八月十日），日本人投降，至於美國物理學家的競爭對象德國人，早在三個月之前就投降了。