二十世纪前进行的各种最伟大的合作探索，其目标多少都有些模糊不清，如十五、十六、十七世纪发现美洲，十八世纪在大洋洲探险，十九世纪对尼罗河的考察和二十世纪对北极和南极的考察。从所有这些比较早的探索事业的性质来看，它们追求的目标能否实现一向没有把握，更不用说何年何月能够实现了。而美国人民在二十世纪中叶发现，他们国家的探索事业规模越大、越集中、意义越深远，这些事业的目标就越明确，日程表也规定得越严格。
这种为建立帝国——原子帝国和外层空间帝国——进行的新竞赛，还有另一个显著的、前所未有的特征。当微观世界（原子人们看不见的内部）和宏观世界（宇宙——人们看不见的外界）都成为日程表上探索的目标时，所冒风险是难以想象的，失败是难以估量的，而一旦获得成功，则具有启示性的意义。为了建立这些新帝国，也象以前为了建立那些老帝国一样，出现了疯狂竞争的景象。但是在以往对土地和领土的争夺中，一国有所得，另一国就必然有所失。教皇亚历山大六世一四九三年在亚速尔群岛和佛得角群岛以西一百里格处划了一道分界线（在西班牙和葡萄牙之间分配新发现的土地），是老殖民主义精神的体现。这是对地盘、对所要占领和开发的土地，对所要统治的人和领土的争夺。当十五、十六世纪世界向航海探险家敞开大门时，遥远的地域和民族成了神话、民间传说和乐观宣传的主题。当时旧世界知道有美洲这片土地的人并不多。
但是，二十世纪供人类探索的新天地却无处不在。一切都是由原子组成的，从任何地方都可以进入太空。一个国家跨进那个新天地，并不意味着另一个国家不能跨进去。与到处都有社会群体这一现象相呼应，现在到处都可以成为殖民地。
第二次世界大战初期，英国为了安全的原因，不允许因逃避希特勒统治而流亡英国的伟大德国核科学家进行军事方面的研究。由于不能从事雷达研究等“实际”工作，他们便有足够时间思考制造原子弹是否可行的问题。这个问题后来证明正是现代技术中最富爆炸性的实际问题。
就原子弹的概念而言，曾经存在着不可能攀登的高峰。“分裂”原子从同意上讲当然是自相矛盾的〔英文原子（atom）一词来自希腊文atomos，意为“不再可分的东西”〕。这些不可分的单位曾经是现代物理学的基础。十九世纪产生了原子理论后，人们普遍认为每一种“元素”确实是不能再分解的，原子是物质的最小公分母，一种元素的原子永远不可能转变为另一种元素的原子。
一九三八年末，柏林市威廉大帝研究所的两位德国物理学家奥托·哈恩和弗里茨·斯特拉斯曼发现，当他们用中子轰击重元素铀时，获得了一定分量截然不同的另一种较轻的元素钡。这种十分明显地把一种“元素”转化为另一种元素的过程，第一次公开暗示了“不可分”的原子毕竟可能是并非不可分的；因而完全可以设想，一种元素的原子可“分裂”成为另一种元素的原子。哈恩的合作者，奥地利物理学家莉泽·迈特纳及其外甥奥托·弗里希因为是犹太人而被驱赶出祖国，当时正在瑞典避难，他们大胆地接受了原子可分这个新的可能性，并把这种现象称为“裂变”（来自拉丁语findere，意为“分裂”），类似细菌藉分裂来繁殖的生物过程。
当然，多少世纪以来，炼金术士和骗徒一直梦想“点石成金”，把铅、铁之类的“贱”金属变质为金子或银子。现在他们的梦想终于要实现了，但结果却完全出人意料。因为在二十世纪，人们对能量的兴趣已远远超过对物质和金银这样的贵金属的兴趣。如果真的可以完成裂变，那么按照爱因斯坦的公式（E＝mc2），就会释放出极大的能量。即使一个原子的质量很小，它所释放出来的能量却是以“Cz”（光速的平方）乘出来的一个得数，这是一个增加一亿电子伏的巨大倍数。
大约与哈恩和斯特拉斯曼在柏林进行研究的同时，巴黎的一位法国物理学家弗雷德里克·约里奥一居里和意大利人恩里科·费米、匈牙利人利奥·西拉德（两人皆因逃避墨索里尼和希特勒的统治而逃亡美国）都发现，铀的裂变会释放更多的中子。那么结论已很清楚：如果让这些中子分裂更多的铀，就可能释放更多更多的中子来分裂更多的铀，产生一种“链式反应”，在这个过程中，每一次裂变部会产生巨大的能量。这种能量既可以成为工业上的一种新能源，也可以成为一种新的爆炸物。
科学界，特别是理论科学界并无国界之分。希特勒和几百万德国纳粹分子把那些才华超群的物理学家驱赶出德国和德国占领的欧洲地区，认为他们“种族不纯”，但却充实了世界其它地区的科学界。正是这些男女科学家在构想和设计原子弹的过程中发挥了关键作用。一九三九年希特勒开始横扫欧洲时，美国的科学技术已经由于有了这些忠于盟国的流亡物理学家而大大加强了。
那年的八月十一日，罗斯福总统收到艾伯特·爱因斯坦的一封信。（爱因斯坦一九三三年来到美国，一九三四年纳粹剥夺了他的德国公民资格，他很快就加入了美国籍。）爱因斯坦在信中告知罗斯福总统，“元素铀有可能在不久的将来成为一种新的、重要的能量来源，”因此需要“提高警惕，如果必要，还需要政府方面采取迅速的行动。”爱因斯坦预见原子弹的巨大威力，他提醒罗斯福总统说，美国铀矿石的储量很少，世界上最大的铀矿位于捷克斯洛伐克和比属刚果，而这两个地方目前都已在德国人手里。因此，他极力主张政府尽力取得铀并储存起来，支助研究和实验工作，并严密注意德国人在制造原子弹方面的一切动向。罗斯福总统收到爱因斯坦的信后，成立了一个关于铀问题的委员会。十一月一日，他批准了一项拨款六千美元的一年研究合同。同时，在几所大学里，欧洲流亡物理学家正与美国物理学家一起深入研究裂变问题。
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