第二次世界大战期间，美国为了抢在纳粹德国之前造出原子弹，实施了著名的“曼哈顿工程”。这项规模惊人的工程最多时曾动用了53. 9万名科学家、技术人员、管理人员和间谍，总耗资高达25亿美元。经过近6年时间的苦战，美国终于第一个造出了原子弹。由于美国政府严加保密，直到1959年，研制原子弹的内幕－“曼哈顿工程”才撩开了它神秘的面纱。
1938年底，两个德国物理学家发现，元素铀在核裂变时会放出巨大的能量，这一发现马上引起了各国科学家们的浓厚兴趣。不久，法国物理学家和美国科学家进一步发现，铀原子在一定条件下衰变可导致链式反应，从而产生具有惊人破坏力的爆炸。
从原子核裂变中获得巨大能量的实验已经突破，谁能够首先把它转为实用，造出第一颗原子弹，谁就有可能在即将爆发的战争中夺取主动权。令许多正直的科学家深感忧虑的是：万一德国法西斯抢先制造出原子弹，人类的命运将不堪设想。
由于纳粹党疯狂迫害知识分子和犹太人，许多杰出的科学家包括科学巨人爱因斯坦在内，先后逃离德国，迁居美国。
1939年夏，从柏林传出一个惊人的消息，德国正在进行一个秘密工程，即试图利用原子科学的成果，制造一种毁灭性很强的新式武器。流亡到美国的匈牙利物理学家西拉德等人，出于对人类命运的极大关注，首先向美国军界力陈原子能的军事意义，但没有受到重视。于是，他们决定上书美国总统。为此，
他们特意向同行中威望最高的爱因斯坦求助，希望借助他的力量敲开白宫的大门。
爱因斯坦听了西拉德等人的一席话后果断地说：“好吧，要是希特勒果真蓄意掌握原子武器，那我们的责任就是尽一切可能让纳粹的敌人在这方面超过他！”爱因斯坦口授了致美国总统罗斯福的信。他先简要叙述了核连锁反应的过程，然后对德国在原子实验方面遥遥领先的局面表示了忧虑，最后要求美国务必抢在纳粹德国之前制造出原子弹。西拉德一字不漏地记录了这封至关重要的信。爱因斯坦慨然提笔在信上签了名，并写明了日期－1939年8月2日。
在白宫椭圆形办公室里，罗斯福默默地听着他的科学顾问萨克斯宣读爱因斯坦的信。他淡淡地说：“请转告你的物理学家，我祝愿他们成功。但是我认为，政府不便过早干预此事。”萨克斯为了说服总统，特意给他讲了一个历史掌故。他说当年拿破仑所以未能征服英国，就因为他没有采纳美国发明家富尔敦的意见。富尔敦曾建议他用蒸汽机推进的舰队代替风帆船队，这样便可以在任何气候下渡海登陆。“军舰不用帆？”拿破仑认为这是根本不可能的事。他命令卫士：“把这个想人非非的发明家轰出去。”结果，拿破仑终因未能征服潮汐变化无常的英吉利海峡而被迫放弃征讨英国。如果这位法国统帅稍稍动一动脑子，那么19世纪的历史进程也许会是另一个样子了。
“我不会成为第二个拿破仑。”反应一向敏锐的罗斯福陷入了沉思。纳粹德国疯狂扩军备战的现实，像一把日益逼近喉头的利剑。在这场胜败未卜的竞赛中，只有美国堪与德国匹敌，而德国一旦得逞，美国势必处于岌岌可危的境地，因此美国必须不惜一切代价投入这场竞赛。罗斯福终于拍板下了决心。他按了一下电钮，指着一大摞各种说明资料，对应声而入的军事助手平静地说道：“这件事必须处理一下。”
尽管如此，美国研制原子弹的进程仍然十分缓慢。有关原子弹研制的16个初步计划，分散在海军、各大学和各实验室里互不相关地各自进行。但是，要想在战争期间将原子弹付诸实用，研制工作必须统一起来，尽快从实验室阶段走向工程和生产阶段。1941年末，日本偷袭了美国的海军基地珍珠港，太平洋战争爆发，从而大大推动了原子弹研制的进程。
为了便于统一领导和协作研究，美国于1942年8月决定，把所有研制原子弹的力量统一起来，成立一个代号为“曼哈顿”工程的秘密组织，任命陆军工程兵团建筑部主任格罗夫斯将军为该工程的行政负责人，任命德裔科学家罗伯特·奥本海默——一个身材细瘦，看上去呆头呆脑，穿着一身未经质整的破旧衣服，嘴角总是叼着烟卷的人－来统领业务。“曼哈顿”工程经国防部直属总统，任何人不得干预，经费来自一个不受国会审批的特别基金。其保密程度严格到甚至对当时副总统杜鲁门的询问都加以拒绝。
“曼哈顿”工程的总部设在华盛顿。原子实验室则设在新墨西哥州北部荒原上一个偏僻的小镇－洛斯阿拉莫斯。在海拔7300英尺高的方山上的一所牧场学校内，汇集了一批来自各国的世界一流的科学家。其中许多人是诺贝尔奖得主。一套简陋的小木屋要住3家人：两对夫妻各居一室，一个单身汉晚上只好睡在门厅里。在挂着“危险”标志牌的铁丝网围起来的大院内，绝大多数研制者只了解自己分内的工作，对那颗炸弹则缄口不言，只称它为“小装置”。他们彼此不时以“洛斯特”（失踪的）阿拉莫斯人相称，以形容他们几乎与世隔绝的处境。对于远在外地的亲属，也只留下一个神秘的通信地址：“新墨西哥州圣菲1633信箱”。
随着战争风云的变幻，德国、日本也都在加紧研制原子弹。种种迹象表明，德国的原子弹研制工作已经取得了相当的进展，按照当时德国的技术力量，在研制方面领先于美国并非不可能。罗斯福感到了问题的严重性。他一方面决定“曼哈顿”工程由英、美两国联合执行以加强技术力量，同时再追加大量投资以保证研制工作的速度；另一方面命令情报部门详细侦察德国原子弹的研制情况，一旦发现其研究机构和工厂，必须不惜一切代价予以摧毁。为此，陆军部成立了一个“阿尔索斯”情报小组，专门在欧洲各地搜捕德国科学家和德国研制原子弹的情报。
1943年2月，盟军获悉，德国控制了挪威一家生产重水（制造原子弹的重要原料）的工厂，于是实施了代号为“炮手”的计划。6名特工组成的特别行动小组，被秘密空投到该厂附近的地区，他们冒着零下25度的严寒，潜入设在悬崖峭壁上的重水工厂，将20块炸药安放在工厂的要害部位——重水浓缩车间。德军生产重水的主要设备和近一吨左右的重水被摧毁了。不料，仅仅8个月后，德国就恢复了重水的生产。同年11月，美国驻欧洲的空军出动了由400多架飞机组成的强大机群，轰炸了该厂，使其几乎完全丧失了生产能力。面对这种局面，德国迅速做出决定，把秘密储藏的重水和生产设备运回德国继续工作。但是，当载着那些“宝贝”的船准备渡过一个湖时，该船的操纵系统突然失灵。德国押运人员惊惶失措，想尽办法也未能阻止船体下沉，最终船上的重水和设备全部葬身湖底。当然，这是盟军的特工事先对运输船做了手脚的结果。
1944年6月，“阿尔索斯”小组又发现，在法国北部一个叫黑兴堡的小镇附近，有德国制造原子弹的一个基地。为了阻止德国的研究计划，盟军司令部派了一支突击分队，秘密潜人德占区，破坏了该基地的设施，并将两名奥籍原子专家带回了英国。
盟军在经历了千难万险后，终于彻底摧毁了德国的原子弹制造计划。
1945年7月16日凌晨，美国在新墨西哥州西北荒漠上进行了有史以来第一次原子弹爆炸实验。这颗原子弹的威力之大甚至超出了科学家、工程师和军方人士的预料。在30米高的铁塔上安放着世界上第一颗原子弹。5点30分按动起爆装置，瞬间，好像无数颗太阳同时放射出耀眼的光芒，立刻出现了一个直径为两公里的巨大火球向空中升腾，转眼间变成高达1万米的庞大蘑菇云，蘑菇云下面是一片近乎透明的空气，再下面是由泥土和岩石组成的褐色漩涡在空气中咆哮、翻腾，地面温度上升到摄氏3000度。安放原子弹的铁塔，被几百万度的高温蒸发得无影无踪，只留下一个巨大的深坑，土壤则变成了一块翡翠色的放射性玻璃。爆炸引起了飓风，并像地震一样震撼着大地。估计原子弹的爆炸当量约相当于两万吨TNT炸药。
洛斯阿拉莫斯的知识精英们在爆炸中心以西、以南、以北1万米的掩体内观看了这次试验，他们的身心受到极大的震动，有的起了一身鸡皮疙瘩。奥本海默此刻一方面对自己的劳动成果感到骄傲，另一方面却又不由自主地想起了《薄伽梵歌》的一句名言：“我变成了死神”，“毁灭世界之神”。
当天晚上，在波茨坦参加美、英、苏三国首脑会晤的美国新任总统杜鲁门接到一封密电：“今晨手术已做，结果令人满意，超乎所料，格劳夫斯大夫甚感欣慰。”第二天，陆军部长史汀生专程飞到波茨坦，向总统详细汇报了实验的情况。杜鲁门手里陡添了一张王牌，顿时变得踌躇满志了，这种自信旋即在会议桌上表现出来。丘吉尔后来回忆道，“杜鲁门看上去判若两人，他以一种尖刻的、说一不二的架势同俄国人进行争论。”
神秘的“曼哈顿”工程终于完成了。除了试爆的那颗原子弹外，美国还拥有两颗原子弹，一颗是用铀作裂变材料的“小男孩”，另一颗是以钚作裂变材料的“胖子”。它们在不久后被用于轰炸日本的广岛和长崎，成为人类历史上绝无仅有的运用于实战的两颗原子弹。
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