現代物理在20世紀有了質的飛躍，最先進的物理科學往往被最先應用於武器，而在整個第二次世界大戰研製的武器中，原子彈無疑是威力最大的新型武器，它作為結束二戰的終極武器而首次出現在世界上。
競爭
20世紀40年代末，現代物理發展到新的階段，核裂變現象成為德、美、英的物理學家紛紛研究的對象。德國納粹為了尋找一種具有巨大威力並足以改變整個戰爭形勢的新型武器，從1939年起就開始秘密研製原子彈。應該說，德國先於美國意識到研究原子彈的重要性。1939年9月初，德國陸軍部把鈾裂變研究集中於它的管轄下，該部門邀請了許多知名科學家為陸軍研究新型原子武器，其中包括有最先用中子轟擊鈾元素的奧地利科學家哈恩以及諾貝爾物理學獎獲得者海森伯等，當時由威望最高的海森伯負責德國納粹的核武器計劃，陸軍部不斷撥出資金供科學家們研究。而此時的美國，並不太重視這方面的研究。1939年年初，丹麥物理學家玻爾訪問美國時帶來了德國科學家已成功地裂解鈾原子的消息，引起了美國科學家的憂慮。費米、齊拉特和愛因斯坦聯合上書一份有關核裂變的報告給羅斯福，那時，美國政府僅批給他們6000美元的研究經費。
1940年5月3日，德軍佔領了留坎。在這裡，他們控制了當時世界上唯一能提供大量重水的工廠。幾天之後，德軍又佔領了有著豐富鈾礦的比利時。最後，德國科學家們在巴黎獲得了他們夢寐以求的迴旋加速器。至此，德國人制造原子彈已經條件具備，什麼時候生產出原子彈只是時間問題。希特勒甚至在公開場合聲稱，德國會在較短時間內擁有一種能把人炸到兩千米遠的超級炸彈。但為何直至二戰結束德國人還沒有製造出原子彈呢？其主要原因在於：許多科學家從心底不願意為納粹效力，甚至連海森伯也不例外。作為有社會責任感的科學家，海森伯並不贊成希特勒發展大規模殺傷性核武器，甚至有意隱瞞他們的研究進展，直到1942年，當納粹官員問可否造出原子彈時，海森伯的答覆是“不能”。另一個因素是，盟軍對德國人的原子彈研製計劃進行了一系列的破壞工作。
曼哈頓計劃
美國當時並非沒有可以製造出原子彈的專家，只是一直不太重視這個問題。隨著德國人狼子野心的昭示，他們覺察到了危險。1940年6月12日，卡耐基大學校長布什與羅斯福總統進行了一次僅10分鐘的關於國防科學研究的會談。之後，布什便被任命為國家防務委員會主席，1941年12月6日，代號為“曼哈頓工程”的原子彈計劃正式啟動。而這天，正是日軍偷襲珍珠港的日子。一年之內，第一個原子反應堆就在芝加哥正式運轉。1942年，“曼哈頓計劃”的主持者、美國格羅夫斯將軍任命奧本海默為洛斯·阿拉莫斯實驗室的主任。正是在他的領導下，趕在德國之前及時地製造出了原子彈，並投入使用，迅速結束了二戰。
洛斯·阿拉莫斯位於美國新墨西哥州一片沙漠之地，這裡被稱為“秘密之城”，星散著許多低矮的辦公室、實驗室。1945年春，世界上第一顆原子彈“小玩意”開始在離特里尼蒂只有幾千米的一個大牧場房子裡秘密組裝。初夏，原子彈組裝完畢。1945年7月16日凌晨5點30分，世界上第一顆以鈈-239為燃料的原子彈終於在洛斯·阿拉莫斯的沙漠地帶成功試爆。
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