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代物理在20世纪有了质的飞跃，最先进的物理科学往往被最先应用于武器，而在整个第二次世界大战研制的武器中，原子弹无疑是威力最大的新型武器，它作为结束“二战”的终极武器而首次出现在世界上。
美德核竞争
1939年9月初，德国陆军部把铀裂变研究集中于它的管辖下，该部门邀请了许多知名科学家为陆军研究新型原子武器，其中包括最先用中子轰击铀元素的奥地利科学家哈恩以及诺贝尔物理学奖获得者海森伯等，当时由威望最高的海森伯负责德国纳粹的核武器计划，陆军部不断拨出资金供科学家们研究。而此时的美国，并不太重视这方面的研究。1939年年初，丹麦物理学家玻尔访问美国时带来了德国科学家已成功地裂解铀原子的消息，引起了美国科学家的忧虑。费米、齐拉特和爱因斯坦联合上书一份有关核裂变的报告给罗斯福，那时，美国政府仅批给他们6000美元的研究经费。
1940年5月3日，德军占领了留坎。在这里，他们控制了当时世界上唯一能提供大量重水的工厂。几天之后，德军又占领了有着丰富铀矿的比利时。最后，德国科学家们在巴黎获得了他们梦寐以求的回旋加速器。至此，德国人制造原子弹已经具备条件，什么时候生产出原子弹只是时间问题。希特勒甚至在公开场合声称，德国会在较短时间内拥有一种能把人炸到两千米远的超级炸弹。但为何直至“二战”结束德国人还没有制造出原子弹呢？其主要原因在于许多科学家从心底不愿意为纳粹效力，甚至连海森伯也不例外。作为有社会责任感的科学家，海森伯并不赞成希特勒发展大规模杀伤性核武器，甚至有意隐瞒他们的研究进展，直到1942年，当纳粹官员问可否造出原子弹时，海森伯的答复仍是“不能”。另一个因素是，盟军对德国人的原子弹研制计划进行了一系列的破坏工作。
曼哈顿计划
美国当时并非没有可以制造出原子弹的专家，只是一直不太重视这个问题。随着德国人狼子野心的昭示，他们觉察到了危险。1940年6月12日，卡耐基大学校长布什与罗斯福总统进行了一次仅10分钟的关于国防科学研究的会谈。之后，布什便被任命为国家防务委员会主席，1941年12月6日，代号为“曼哈顿计划”的原子弹计划正式启动。而这天，正是日军偷袭珍珠港的日子。一年之内，第一个原子反应堆就在芝加哥正式运转。1942年，“曼哈顿计划”的主持者、美国格罗夫斯将军任命奥本海默为洛斯·阿拉莫斯实验室的主任。正是在他的领导下，美国赶在德国之前及时地制造出了原子弹，并投入使用，迅速结束了“二战”。
1942 年8月11日，美国研制原子弹的 “曼哈顿计划”制订出来。罗伯特·奥 本海默被任命为洛斯·阿拉莫斯实验室 的主任，负责主持原子弹的研究工作。
洛斯·阿拉莫斯位于美国新墨西哥州一片沙漠之地，这里被称为“秘密之城”，散落着许多低矮的办公室、实验室。1945年春，世界上第一颗原子弹“小玩意儿”开始在离特里尼蒂只有几千米的一个大牧场房子里秘密组装。初夏，原子弹组装完毕。1945年7月16日凌晨5点30分，世界上第一颗以钚-239为燃料的原子弹终于在洛斯·阿拉莫斯的沙漠地带成功试爆。