同学们，大家好！
很多人都知道，1945年的8月，美国接连向日本投下两颗原子弹，迫使日本天皇在几天后发布诏书，宣布无条件投降。今天和大家讲讲美国研究原子弹背后的故事。
我们知道，构成宇宙中物质的基本元素只有100多种，不同元素有不同的原子序数，它们从1排到118。截止到20世纪30年代，当时人们已知的原子序数最高的元素是92号元素——铀。
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时代背景
既然不同元素的差异仅仅在原子序数(质子数)上，如果给原子序数小的元素增加一些质子，就应该能得到原子序数更高的元素。20世纪30年代，科学家们设计实验，试图用质子束轰击原子，让质子撞击到被轰击的原子核并粘在上面，从而产生原子序数更高的元素，这类实验在一些元素上获得了成功。
于是，很多科学家就将目光对准了当时已知原子序数最高的元素——铀，希望通过实验发现更多新的元素。
1934，意大利物理学家恩里克·费米宣布针对铀的实验取得了成功，并发现了第93号和第94号元素，费米因此获得了1938年的诺贝尔物理学奖。
诺贝尔奖搞错
费米因为发现了第93号和第94号元素，获得了1938年的诺贝尔物理学奖。
1938年11月22日，在诺贝尔奖颁发12天后，迈特纳将分裂铀原子实验的报告寄往《自然》杂志，该杂志1939年1月登出了哈恩的论文，推翻了费米之前的实验结果。这说明费米之前发现的不是第93号和第94号元素，费米错了，诺贝尔奖也错了。
当时的费米因为纳粹的迫害，已经前往美国的哥伦比亚大学。在得知这个消息后，费米的第一个反应是来到实验室，重复了哈恩的试验，结果和哈恩的试验一样。费米坦率地检讨和总结了自己的错误判断。
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证实核裂变
费米宣布实验成功之后，德国的迈特纳和哈恩尝试重复费米的实验，经过上百次试验却一直没有成功，但他们对原子数较少的元素做类似的实验却能够成功。到了1938年，迈特纳和哈恩想到了另一种可能性，铀有可能在轰击中变成了原子数更少的元素镭。于是他们尝试监测实验中是否有具有放射性的镭生成。
后来因为纳粹的迫害，具有犹太人血统的迈特纳去往瑞典。哈恩则独自实验，他没有探测到镭，却意外发现了原子数为56的钡，于是他写信和迈特纳讨论实验结果。看到哈恩的实验结果，迈特纳想到了伽莫夫和玻尔之前的猜想，“或许原子并不是一个坚硬的粒子，而更像一滴水”。她猜想铀在被轰击会不会像水滴一样被撞击成“两块”。
随后，迈特纳和她的外甥弗里茨·施特拉斯曼(Fritz Strassmann)一起做实验，证实了铀原子在中子的轰击下变成了原子数为56的钡和原子数为36的氪，同时还释放出了3个中子。
实验到此，已经验证了之前哈恩和迈特纳的猜想。但是，他们在清点实验生成物的时候，又有了新发现：钡和氪加上三个中子的质量，比原来的一个中子加上铀的质量少了一点。迈特纳需要找到质量丢失的原因，她想到了爱因斯坦狭义相对论中那个著名的质能方程。按照爱因斯坦的理论，迈特纳计算出丢失的质量所产生的能量应该为200兆电子伏特。随后，她再次做实验专门探测能量，验证了她的理论推导。
迈特纳和弗里茨对哈恩的实验结果做出了理论解释，并以通讯的形式发表在1939年1月的《自然》杂志上。在这篇文章里，首次提出了物理学上的新概念：核裂变。
“原子弹之母”——莉泽·迈特纳
作为一个坚定的和平主义者，迈特纳拒绝了美国向她发出的参加曼哈顿计划的多次邀请，战时她一直留在瑞典。
1944年，奥托·哈恩获得诺贝尔化学奖，莉泽·迈特纳落空。此后她还三次被提名，但都没有获奖。
1946年，迈特纳赴美国客席讲课时，被誉为“原子弹之母”。爱因斯坦称她为“德国的居里夫人”。
从1947年开始，迈特纳在瑞典皇家工学院领导核物理学组，她在美国的一些大学任客席教授。
第109号元素鿏，是以莉泽·迈特纳命名。
在迈特纳和弗里茨文章发表3个月后，德国就将几名世界级物理学家召集到柏林，探讨利用铀裂变释放的巨大能量制造武器的可能性。其中就包括著名的物理学家海森堡(Werner Heisenberg，1901~1976)等人。同时，德国开始控制捷克斯洛伐克的铀矿石，并要求不许再发布任何有关核研究的成果。
1939年初，丹麦物理学玻尔岛美国普林斯顿大学访问，并在华盛顿做了一个学术报告并介绍了核裂变成功的消息。当时听报告的两个年轻科学家，马上返回哥伦比亚大学，讲这个消息告诉了从意大利流亡到美国的恩里克·费米。费米于是立即做了核裂变实验，证实了核裂变的可能性。
其实，早在1933年，匈牙利物理学家雷欧·西拉德就构想出了核链式反应，并在1934年申请到了以中子为基础的核反应堆专利。1938年因受到纳粹迫害，去往美国哥伦比亚大学任教。
1939年8月，当得知铀裂变的消息后，出于科学家的责任感以及对纳粹的痛恨，西拉德起草了一封给美国总统罗斯福的密信。信中提到，这种武器一旦制造出来威力非常可怕，德国人已经在研究这种武器，美国应该抢在德国人之前拥有这类武器。西拉德觉得自己一个人的分量还不够，于是他说服他的老师爱因斯坦在他起草的信件上签名。西拉德因此在1959年获得了“原子能和平利用奖(Atoms for Peace Award)”。
之后不久，罗斯福便成立了铀研究委员会。当时虽然美国政府批准了对铀裂变的研究，但是只给了区区6000美元的经费。
1941年底，日本偷袭珍珠港。直到这时，罗斯福才开始过问铀裂变的研究进展。于是，铀研究委员会立即召集核物理学家开会讨论核裂变制造武器的可能性，并与1942年向政府申请5400万美元的项目预算，得到了罗斯福的支持。
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曼哈顿计划
罗斯福任命工程兵负责人格罗夫斯担任项目的负责人。因为格罗夫斯最初的办公室在纽约的曼哈顿，该项目被称为“曼哈顿计划”。在此之前，格罗夫斯曾负责过美国的五角大楼的建造。事实证明，格罗夫斯从找铀原料开始，就显示出非同寻常的工程组织和管理能力。
当然，曼哈顿计划更为重要的是科研工作，从核爆炸的临界体积计算到核材料的浓缩等等，因此需一个科学和工程的负责人。这个人需要有足够的理论水平，同时知识渊博，还要有出色的领导能力，对武器还要有所了解，才能够让当时众多的诺贝尔获得者服气。格罗夫斯在康普顿等人的推荐下，任命奥本海默担任技术总负责人。
奥本海默几乎精通物理学的每一个领域，后来是他完成了原子弹的理论计算，同时他对化学、金属学、武器和工程制造都有全面的了解。虽然美国军方一直怀疑奥本海默的忠诚度，但格罗夫斯对他却非常信任。
1942年底，曼哈顿计划启动不到一年的时间，费米就领导建成了人类第一个核反应堆。费米在裂变理论基础上，提出了链式反应理论：当铀核裂变时，会放射出中子，这些中子又会击中其它铀核，于是就会发生一连串的反应，直到全部原子被分裂。当时费米等人并不知道放射性对人体的巨大危害，包括费米本人在内的那一批核物理学家很多人都在年轻时死于癌症。
1944年，美军攻入德国时，曾专门找到了一些德国的核物理学家，看到了他们非常简陋的核设施，才知道德国的核研究距离制造出武器还差得很远。美国人为了彻底打消顾虑，坚持找到了德国核计划的负责人之一海森堡，当看到海森堡简陋的核设施后，才彻底放心。当时的海森堡，甚至还以为他们的研究远远领先于美国。
1945年7月，美国第一颗原子弹试爆成功。不到一个月，另外两颗原子弹“胖子”和“小男孩”就用在了对日作战的战场上。
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为何美国能先于德国造出原子弹？
在研究原子弹这件事情上，不是德国人太慢了，而是美国人太快了。从发现核裂变到制造出原子弹，美国只用了六年零八个月的时间。
单纯比较两国物理学家的水平，德国有包括海森堡、哈恩、博特等诺贝尔奖获得者在内的一大批一流科学家，而且他们更早发现了核裂变，更早启动了核计划。
但将一项科学技术从理论到产品，是需要很长时间的。尤其是制造原子弹，需要有铀矿，需要有制造浓缩铀的技术和条件，还有满足核裂变和链式反应的大量理论计算等等。因此，在曼哈顿计划开始之前，包括玻尔在内的科学家都觉得美国不可能在短时间内造出原子弹，除非把美国变成一个巨型工厂。
其实，二战时美国就是一个巨型工厂。比如，劳伦斯为制造浓缩铀建造回旋加速器，需要近万吨的铜导线。当时美国几乎把所有的铜都用于了制造武器。最后劳伦斯说服政府拿出了国库中一万吨纯银取代铜做导线。核反应堆要用纯石墨做减速剂，当时纯石墨的制造成本极高，仅费米建设的小型实验反应堆就用掉了400吨纯石墨。像这样以举国之力支持曼哈顿计划的例子还有很多。
二战时期，美国所能调动的物资和人力资源，是德国没法与之相比的。