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1、科学进入大科学时代
历史上的科学，曾经以个体小规模研究为基本特征，特别是基础研究尤为突出。但到了19世纪末，随着科学的发展，出现了规模化的集团研究。相对而言，大科学是解决复杂大问题、进行大规模研究的科学，典型的大科学如美国的曼哈顿工程、星球大战、欧洲的尤里卡计划和多国参加的人类基因计划；小科学则是个体小规模的科学传统世纪中的科学。
大科学主要表现为投资强度大、多学科交叉、需要昂贵且复杂的实验设备和研究目标宏大。根据大型实验装置和项目目标的特点，大科学研究可以分为两类，第一类是需要巨额投资建设、运行和维护大型研究设施的“工程式”大科学研究，如国际空间站计划、欧洲核研究中心的大型强子对撞机计划，包括预研、建设、运行、维护等一系列研究活动；第二类是需要跨学科合作的大规模、大尺度的前沿性科学研究项目，通常围绕一个总体研究目标由众多科学家有组织有分工有协作相对分散开展研究，如人类基因图谱研究、全球变化研究等。
大科学和小科学具有很大的区别。小科学时代的科研活动特点是：研究对象为自然界；使用的仪器是“单参数”仪器；科研的目的是增长人类知识；采用的方法多半是分析方法；思想方法是机械决定论；习惯于个人自由研究；动力来源于个人奋斗；选题根据个人兴趣；经费为个人资助，等等。大科学时代的科研活动特点是：研究对象为自然、社会和人；使用的仪器是以“二次仪器”为中心的仪器系统；科研的目的包括人类知识的增长和这些知识的开发应用；采用的方法为系统方法；思想方法往往是统计决定论和系统决定论；喜欢协作研究；选题来自于社会特别是经济部门的要求；经费为国家、企业等资助，等等。
2、德国、苏联和日本的原子弹制造
1939年，德国先召开了研制“铀设备”的会议，后是成立了“德国铀协会”和“德国原子俱乐部”，设立了在帝国研究委员会领导之下的核研究机构。1940年，德国军方调集了德国当时世界着名的科学家制订了一份核研究的详细计划。参与这个计划的科学家包括获得1932年诺贝尔物理学奖的量子力学专家海森堡、着名物理学家布格雷博士和在分离同位素领域有极深造诣的哈塔克教授和格罗斯教授等人。一般人认为，以当时德国的工业实力、科技水平、获得原料的能力，制造原子弹应该只是个时间的问题。后来，尽管德国实施了一系列制造原子弹的试验，但是最终没能制造出原子弹。
德国未能之制造出原子弹大概有4个原因。第一个原因是缺乏有才干的物理学家，因为他们都被希特勒驱逐出境了。因为原子弹制造是个系统工程，仅仅依靠少数科学家是不行的。第二是纳粹分子对军事方面的科研组织得不好，同时纳粹政府对科研工作的意义也缺乏了解。第三是实验室缺乏进行这种复杂研究工作用的必要的设备。最后一个原因是，在德国从事原子能研究工作的德国科学家并不希望获得成功。他们因此有的消极怠工，没有采取任何积极的措施来克服各种障碍以加速制造原子弹的进程；有的干脆破坏原子弹的制造计划。例如，石墨和重水是原子弹制造的两种重要材料，而负责石墨加工的科学家埃尔温·施密特是一个坚定的反纳粹战士，他用非常巧妙的办法使使生产出来的石墨含有硫、二氧化硫和钙等杂质，导致布雷格在使用含有杂质的石墨进行实验时屡试屡败；负责重水生产的工厂遭到了英军的轰炸。
苏联的原子弹研究起步很早，在30年代初期就建立了 3个核研究中心，但真正进入对原子弹的研制，则是在纳粹德国之后。1938年，斯大林在得知德国研制原子弹的计划后，立即决定集中力量研制原子弹，争取4年的时间内制造出原子弹。苏联人的决心极大，态度也极为坚决，先是成立了“铀研究委员会”，作为领导机构；后是将在大清洗中入狱的科学家放出来，全力进行研究工作。但由于当时苏联还没有发现铀矿，虽然列宁格勒的原子研究所已经论证出在快中子的持续链式反应中，只要几公斤的铀就可以实现核爆炸，而苏联人却只能进行理论研究，连原子弹反应堆也未建造。后来，由于苏德战争爆发，其原子弹的研究制造基本处于停滞状态。1942年，苏联人得知了美国人原子弹的研制计划，斯大林再次亲自召开会议，决定全力以赴研制原子弹。1943年 9月，苏联第一个核爆炸装置研制出来了，并完成了试爆前的各项准备工作。苏联“铀原子研究委员会”决定 9月10日在一个荒无人烟的湖心岛上，进行人类历史上的第一次核爆炸试验。
日本也认为要想成为一个世界强国，就应该在原子弹领域有所作为，特别是日本有核物理方面在世界上也颇有名气的几位专家，如东京理化所主任二阶义男，大阪大学教授菊池正士和荒胜文策等人，尤其是荒胜文策教授，1934年曾进行过人工轰击原子的实验并获得了成功。1940年，日本军方得知苏联和美国等国正在进行威力巨大的原子弹的研制，立即引起密切注意，并决心着手进行研制。1941年 5月，日本陆军航空兵科技所所长安田竹生将军正式接到研制原子弹的命令。安田竹生遂命令二阶义男主持代号为“二号研究”的项目，研究制造铀弹的可行性。第二年，日本海军部也对原子弹的研制发生了兴趣，于 7月在东京召开了“核物理成就利用委员会”第一次会议，讨论了原子能用于军事的可能性和日本能否在战争中制造出原子弹。于是，海军部将这一任务交给了京都大学的荒胜文策教授。这样，日本就同时有两个机构在进行原子弹的研制工作。日本研制原子弹最大的困难是没有铀原料，他们向德国求援得到的铀矿也未能运回日本；在中国东北采到了贫铀矿不具备提纯的可能。再加上美军的空袭炸毁了日本研究小组的大部设备，使得日本已无力制造原子弹。
3、曼哈顿工程
1938年，哈恩成功地实现铀原子的核分裂，震动了全球科学界。匈牙利血统的美国物理学家西拉德（Szilard，1898…1964）1939年7月邀请了另外两名匈牙利血统的物理学家威格纳（E。P。Wigner；1902…1995）和特勒，一起拜访了物理学家爱因斯坦和罗斯福总统的私人顾问萨克斯，陈述了研制核武器对于战争进程可能带来的巨大影响作用。8月，爱因斯坦即写信给美国总统罗斯福，详细阐述了研制原子弹的重要性。萨克斯在白宫和罗斯福共进早餐的时候，还讲了一个历史故事，大意是拿破仑由于没有支持发明汽船的富尔顿，因此错过了用汽船装备法国海军打败美国的机会。罗斯福被萨克斯的论证所打动，决定支持研制原子弹的工作。1939年10月11日，美国总统罗斯福下令成立“铀顾问委会员”。1941年7月，英国政府派出科学家代表团到美国，并希望同美国合作研制开发原子弹。10月11日，美国总统罗斯福也写信给英国首相丘吉尔建议两国科学家合作研制原子弹。
1942年初，美国科学家虽然对原子弹的机制、应该努力的方向、甚至费用和时间都有了大致的构想，但核研究的庞大工程已经超过了科学研究机构的能力。当时美国经济已经转向战争，没有一家工业公司能在短期内完成有关生产设施的建设。美国核研究的负责人之一布什认为，只有给军队以最高优先权，才能在战争结束前生产出核原料来。1942年3月9日，他在给罗斯福总统的报告中，强调了原子弹的光明前景，提出把全部的研制和生产管理移交给军队。6月17日，布什给罗斯福准备了一份将核计划全部交给军队领导执行的详细报告。罗斯福立即批复了布什的报告。在参谋长联席会议主席马歇尔的支持下，美国军方同意按原Ｓ…１委员会（负责铀研究的一个机构）的建议，开始建设４种分别采用不同方法的铀同位素分离工厂和其他的研制、生产基地。
军队把整个计划取名为“代用材料发展实验室”，指派美国军事工程部的马歇尔上校负责全部行动。由于马歇尔上校循规蹈矩，与科学顾问们又合不来，使研究计划优先权的升级和气体分离工厂地址的选择拖延了两个月。9月，政府战时办公室和军队高层领导决定，领导修建美国国防部大楼——五角大楼的格罗夫斯上校接替马歇尔上校。格罗夫斯在赴任之前，被提升为准将。
格罗夫斯在上任后不到48小时内就成功地把计划的优先权升为最高级，并选定田纳西州的橡树岭作为铀同位素分离工厂基地。因为马歇尔上校的总办公室最初将设在纽约城，他们决定把新管区的名称命名为“曼哈顿”。于是，“曼哈顿工程区（或简称为曼工区）”就这样诞生了。美国整个核研究计划不久后取名为“曼哈顿计划”。
曼哈顿计划的最终目标是赶在战争以前造出原子弹。虽然在这个计划以前，Ｓ…１执行委员会就肯定了它的可行性，但要实现这一新的爆炸，还有大量的理论和工程技术问题需要解决。在劳伦斯、康普顿等人的推荐下，格罗夫斯邀请奥本海默负责这一工作。为了使原子弹研制计划能够顺利完成，根据奥本海默的建议，军事当局决定建立一个新的快中子反应和原子弹结构研究基地，这就是后来闻名于世的洛斯阿拉莫斯实验室。奥本海默凭着他的才能与智慧，以及他对于原子弹的深刻洞察力，被任命为洛斯阿拉莫斯实验室主任。正是由于这样一个至关重要的任命，才使他在日后赢得了美国“原子弹之父”的称号。
奥本海默开始时对困难估计不足，认为只要６名物理学家和100多名工程技术人员就足够了。但实验室到1945年时，发展到拥有2000多名文职研究人员和3000多名军事人员，其中包括1000多名科学家。鉴于大多数科学家都反对实验室的军事化，格罗夫斯同意加州大学成为洛斯阿拉莫斯名义上的管理单位和合同保证单位，基地的军队负责实验室建设、后勤供应和安全保障。
在“曼哈顿工程区”工作的15万人当中，只有12个人知道全盘的计划。其实，全体人员中很少有人知道他们是在从事制造原子弹的工作。例如，洛斯阿拉莫斯计算中心长时期内进行复杂的计算，但大部分工作人员不了解这些工作的实际意义。由于他们不知道工作目的，所以也就不可能使他们对工作发生真正的兴趣。后来，一个年轻的理论物理学家费因曼，想方设法得到允许，向洛斯阿拉莫斯的工作人员说明了他们是在做什么样的工作。此后，这里的工作达到了高潮，并且有许多工作人员自愿留下来加班加点。
经过全体人员的艰苦努力，原子弹的许多技术与工程问题得到解决。1945年7月15日凌晨5点30分，世界上第一颗原子弹试验成功。8月6日和9日，美国分别在日本的广岛和长崎投下了原子弹。随着苏联军队出兵我国东北，日本天皇于14日宣布无条件投降，第二次世界大战结束了。
曼哈顿计划不仅造出了原子弹，也留下了14亿美元的财产，包括一个具有9000人的洛斯阿拉莫斯核武器实验室；一个具有36000人、价值９亿美元的橡树岭铀材料生产工厂和附带的一个实验室；一个具有17000人、价值３亿多美元的汉福特钚材料生产工厂，以及分布在伯克利和芝加哥等地的实验室。
1946年7月，在原子弹研制成功一周年之际，美国参、众两院经过激烈的争论，通过了一项由参议员麦克马洪提出的议案。杜鲁门于8月1日签署命令，提案开始正式生效，这就是《1946年原子能法令》。它标志着美国战时核计划的结束和新的过渡时期的开始，也成为和平时斯整个美国原子能发展的指导纲领。
《1946年原子能法令》正式生效后，格罗夫斯领导的曼哈顿工程在国会和政府的同意下，继续支撑着整个核计划。当美国新的原子能委员会组成后，杜鲁门决定在1946年的最后一天晚上12点，将原曼哈顿工程的全部财产和权力移交给原子能委员会，从而正式开始了一个新的过渡时期。
原子能委员会设有四个部：研究部，它控制一切与原子能有关的研究；生产部，它拥有并控制一切生产裂变材料和原子能的设施，组织核裂变材料的生产；工程部，它指导一切与原子能发展有关的计划和工程；军事应用部，它处理与军备有关的原子能事项。 原子能委员会总部也从橡树岭迁到了华盛顿。
后来，美国政府决定建立国家实验室，其中最着名的有芝加哥附近的阿贡国家实验室和纽约长岛的布鲁克海文国家实验室。这两个实验室为高能物理的发展做出了贡献。特别是丁肇中教授，就是于1974年利用布鲁克海文实验室的加速器ＡＧＳ发现Ｊ粒子的，并因此获得诺贝尔物理学奖。
4、曼哈顿工程中的几位科学家
曼哈顿工程中集中了大量的物理学家、化学家、工程师、军人和当地的居民。其中，有几位科学家在发起、实施曼哈顿计划中起到了决定性的作用。
西拉德与爱因斯坦： 1933年4月，希特勒政府通过了第一个反对犹太人的法律，大批非雅利安科学家被迫离开了岗位，100多位物理学家逃离德国。西拉德是其中之一，到了英国。正是在英国他觉得链式反应是可能的。1935年，他们研究了发现了放射性物质铍的中子逸出产生γ射线的现象。1938年，西拉德到美国，知道了核裂变的发现。由于对美国不了解，他请求爱因斯坦帮忙。他们一起给罗斯福总统写信请求研究经费以便研究裂变。1942年西拉德和费米在芝加哥大学取得了控制式链式反应器的进展。曼哈顿工程很快就开始了。西拉德成了抗议原子弹的主要力量。爱因斯坦没有真正参加曼哈顿工程，但他是启动曼哈顿工程的责任者之一和后来最强烈的抗议者之一。
西伯格：在曼哈顿工程中，西伯格（G。T。Seaberg；1912…）领导钚生产技术的小组研究。他被称为钚之父。钚是在1941年2月23—24日在加州大学发现的，而可见量的钚是1942年8月20日芝加哥大学的冶金实验室第一次被分离出来的。曼哈顿工程中第一颗原子弹就是以钚为动力的试验弹，被投放到长崎的第三颗原子弹“胖子”也是一颗钚弹。1951年他和麦克米伦（E。M。McMillan；1907…1991）因发现并研究钚等超铀元素而共获诺贝尔化学奖。1961年，他被任命为美国原子能委员会主席。
费因曼：出生于纽约的费因曼是一个出色的物理学家和数学家，他有加速微积分的运算的天然才能。在24岁时参加曼哈顿工程，在他的指导老师贝特领导的小组工作，其任务是计算原子弹爆炸需要的裂变材料的数量。他的一个引人注目的才能是不用计算器就能快速解答方程式。他和贝特一起发现了解决一个三次方程的捷径，大大加快了运算速度。有趣的是，因为费因曼独特直觉才能，他还被美国航天航空局邀请参加1985年挑战者号宇宙飞船失事的调查，得出了令航空航天局和世界都震惊的结论：一个O型橡胶圈的老化。
费米：费米1934年用中子轰击原子核产生人工放射现象，开始中子物理学研究。被誉为“中子物理学之父”。由于他在中子轰击方面尤其是用热中于轰击方面的成……1938年荣获诺贝尔物理学奖。1939年任教于美国哥伦比亚大学。1942年。根据他对中子引起铀核裂变的研究。在芝加哥大学建成了世界首座自持续链式裂变反应堆。1944年入美国籍，并参与曼哈顿计划研制原子弹。费米领导的小组负责进行链式反应试验。费米小组于1942年12月 2日建成了世界上第一座铀…石墨原子反应堆。这个反应堆高5。6米、长10米、宽9米，内可装核反应材料52吨，这个装置总重量达1400吨。在这个反应堆中进行了人类历史上第一次人工控制的核反应，从实践上证明了链式反应理论的正确性，为原子弹的制造奠定了坚实的基础。
奥本海默：由于其出色的组织才能，奥本海默被称为“原子弹之父”。在40岁以前，奥本海默尽管是一个着名的理论家，一个受人尊敬的教师，但没有实现自己成为伟大的科学家的愿望，没有登上物理学领域创造性工作的最高峰，而海森堡、狄拉克、费米、约里奥·居里等人在这个岁数已经实现了。是曼哈顿工程使奥本海默青云直上，他担任了洛斯阿拉莫斯实验室主任，成功地把众多科学家包括那些着名科学家如诺贝尔已获奖者或者未来获奖者团结在制造原子弹这一核心人物的周围。得也萧何，失也萧何，奥本海默把全部的聪明才智奉献给了原子能，后来他也成为原子能情结的牺牲者。
5、原子弹伦理之争：赞成还是反对
赞成使用原子弹的一个重要的原因是英国和美国对苏联的恐惧和不信任。在1943年英美的一次会晤上，英国首相丘吉尔表示“不能让德国或者苏联赢得某些能够用于国际讹诈的东西的竞赛。”两个国家都害怕苏联赢得战争后扩大它的影响，因此它们谁都不希望看到苏联拥有原子弹从而丧失自己在国际谈判中的优势，因为这个时候苏联已经开始了对太平洋的关心，扩大了对东欧国家的影响。美英认为原子弹的爆炸可以缩短战争，把苏联控制在太平洋之外。
1945年夏天，尽管美国领导人相信日本最终除了投降之外别无选择，但他们对日本何时投降仍无法确定。尽管日本领导人也打算在1945年年底结束战争，但不幸的是，日本政府为了自己皇室的尊严，于7月28日东京广播了日本不投降而继续战斗的决定。美国出于结束战争越快越好的政治考虑，还是在8月6日投下了第一颗原子弹。
一些处于曼哈顿工程中心的科学家，虽然感受到了科学研究的乐趣，但是当他们预感到原子能一旦释放便会产生难于想象的破坏力，他们就开始担忧，成为反对原子弹研究的先行者。很多参与研制的科学家反对原子弹的不道德使用，他们担心战争结束后会引起军备竞赛。在使用原子弹以前，最大的威胁德国已经投降，而那�