在美国于1941年12月参战时，我女儿雷蒂西娅（蒂塔）（Letitia，昵称Tita）5岁，儿子詹姆斯（杰米）（James，昵称Jamie）3岁，尚未出生的女儿艾莉森（Alison）还在妈妈的肚子里。珍妮特和我与两个年幼的孩子在普林斯顿的新家只住了2年。当时我完全投身于研究，包括我与费曼合作的有关电动力学的新定律的研究。这时搬家实在不是时候，但我们并未犹豫或为此龃龉。我已经做好了投身战时研究工作的准备，愿意去祖国需要我去的任何地方。我的几位普林斯顿同事，尤其是那些具有实验电子学专长的专家，都去了麻省理工学院从事雷达研究。由于我一直在搞裂变研究，因此阿瑟·康普顿（Arthur Compton）邀请我去为核子计划做贡献是意料中的事儿，很快我就前往芝加哥大学。

1941年后半年，12月7日珍珠港事变之前，美国的裂变研究散布在各个地方，主要有纽约的哥伦比亚大学、加州大学伯克利分校、普林斯顿大学和芝加哥大学。华盛顿全面主管科学研究与发展部（OSRD）的头儿是万尼瓦尔·布什（Vannevar Bush）。（这并不是说他直接负责每个物理学家的工作——我们都受聘于各自的研究机构——而是指他管控支撑研究工作的政府下拨经费的分配。）布什在OSRD机构下设立了一个称为S-1的负责核研究的办公室，任命了一些人（主要来自哥伦比亚大学）来负责具体协调各项研究工作。

珍珠港事变后不久，布什认为有必要加强协调以加速计划实施。他将核研究分成三大块，分别指定三位著名的科学家领导，这三位都是诺贝尔奖得主（而且位于国内不同地区），其中加州伯克利的厄内斯特·劳伦斯（Ernest Law-rence）负责铀235与铀238的电磁分离以及对钚的研究。劳伦斯是这两项任务的最佳人选。1932年，他发明了回旋加速器，进行电磁分离所需的设备与这项发明在原理上类似，而且他的研究院里的西博格等人也于近期发现了钚。哥伦比亚大学的哈罗德·尤里（Harold Urey）负责重水研究和同位素分离的其他方法。他也是相当合适的人选。尤里是一位化学家，早先发现重水并知晓如何分离同位素。最后，芝加哥大学的康普顿负责链式反应研究和初期阶段的核弹理论研究。

1946年，担任密苏里州圣路易斯华盛顿大学校长时的阿瑟·康普顿

（Hagley Museum and Library提供）

康普顿当时49岁，是3人中最年长的。他在1923年进行的X射线散射实验漂亮地解答了自1905年以来物理学界一直争论不休的一个问题：爱因斯坦提出的电磁能量量子（即我们今天所称的光子）是否真的是一种粒子？康普顿给出的证据提供了明确的肯定答案。今天我们知道，这种能量量子和电子或正电子或夸克（一种存在于质子和中子内部的亚核子粒子）一样都是粒子。康普顿是那种少有的能将精深的专业特长与娴熟的行政管理技巧结合起来的科学家。作为一位来自中西部的门诺派教徒，所有与他共事的人都非常敬重他。布什选他作为负责人是再恰当不过的了。

康普顿的第一个动作就是加强芝加哥的理论研究。除了我之外，他还邀请了我在普林斯顿的同事威格纳加入他新命名的“冶金实验室”，还邀请了当时已在哥伦比亚大学的特勒等人（特勒后来又去了洛斯阿拉莫斯）。统观我的一生，似乎命中注定要与匈牙利人共事并经常得到他们的指引。和威格纳一样，特勒也成为我终生的朋友。

刚开始时，康普顿打算将实验工作留在哥伦比亚大学，那里费米的团队已经创立了一个良好的开端。哥伦比亚大学的部分人员也已开始在纽约地区寻找建造第一座反应堆的地点。但1942年1月底，正好在我准备要搬去芝加哥时，康普顿决定他负责的所有工作都必须得到加强。于是，费米虽不情愿但毫无怨言地将他那一摊搬到了芝加哥。西拉德等人也从纽约搬了过来。在1942年的前几个月里，冶金实验室（我们后来称它为Met Lab）汇聚了一个高效的工作团队，反应堆设计所需的理论和工程技术人员应有尽有。我从一开始就投身于产钚的反应堆设计，费米则负责建在芝加哥的第一座小型低功率反应堆的设计和建造，这座反应堆主要是用来进行各种原理性测试。

我是1月底一个人乘坐从纽约开往芝加哥的客运专线列车前往芝加哥的。我们不能确定是否能在芝加哥找到房子。珍妮特已经有7个月的身孕，她希望留在巴尔的摩父母身边。她父亲罗伯特·赫格纳（Robert Hegner）是约翰霍普金斯大学卫生与公共健康学院研究寄生虫的专家，以研究疟疾著称于世，那时正病势沉重。3月7日，就在她爸过世的两天前，珍妮特和两个孩子搬到了巴尔的摩。她继续留下来陪她母亲，雷蒂西娅与杰米则搬到3英里（1英里=1.61千米，下同）外的我父母那里，由我母亲负责照顾。我们的小女儿艾莉森于3月31日，冬末的一个刮着暴风雪的日子出生。我父亲原先计划开车送珍妮特去医院，但临了却打电话告诉她车子开不出来了。好在珍妮特在她母亲陪同下搭乘仅有的公交车及时赶到了医院。当几天之后我赶回来探望时，所有的忙乱兴奋都已成为过去。

随后的3年半里，我们一家经常搬迁，居无定所。我在芝加哥大学周边挨家挨户地寻找，总算找到了一所在1942年夏季出租的房子。珍妮特和三个孩子于6月抵达。那个夏天我们过得相当辛苦，杰米染上风湿热，过了几个月才复原；珍妮特由于产下艾莉森后感染并发症而不得不经常出入医院。9月，我们搬入一间“普尔曼公寓”，但也只住了半年。1943年3月，我们全家又搬回东部，特拉华州的威尔明顿，这样我总算能较有效地担当好康普顿指派给我的工作——派驻杜邦公司的首席科学家。到1944年夏天，我们全家又不得不搬到美国的另一端——华盛顿州的里奇兰，我们得在此度过战争的最后一年，因为我得在汉福德附近的产钚的反应堆上工作。

冶金实验室的管理结构显得松散而不正规，我虽然被正式指派到威格纳小组，但我并不真正对他负责。康普顿可能认为我喜欢不受组织结构约束的工作环境。实际上他是让我单干。当然，我会经常性地和我的科学家同事交流，但除了康普顿之外，我们彼此间并没有上下级的关系，我也没有感受到管理层的存在。在计算方面我得益最多的是来自一位同事的妻子蒙克太太（Mrs.Ardis Munk）。她用的是一台手摇的机械计算机，那是当时最先进的计算机。

我从来不喜欢与芝加哥的科学家同事闲谈，为此我在大家眼里可能会显得有些不好接近。我通常谢绝和大家一道去附近餐厅用午餐的邀请，有这一小时，我还不如暂时放下战勤工作，一边吃着三明治一边做些我称之为“普林斯顿工作”的研究呢。

甚至在珍珠港事变之前和我搬到芝加哥之前，威格纳就已经非常认同西拉德关于开展核子链式反应的积极态度。这两位匈牙利人简直是一个模子倒出来的，他们合作得非常好，对于加快裂变武器研制的重要性的认识完全一致。西拉德未婚且时常失业，辗转于多个实验室之间，大家都认为他是一个既聪明又难处的怪人。他似乎也喜欢闲云野鹤般的生活。在他搬到芝加哥之前（差不多和我来芝加哥之前的同一期间），他住在纽约哥伦比亚大学南边的皇冠大酒店。他与常人的作息时间迥异，而且据说睡前要花上一个小时来洗澡。有一则传闻说他解手后经常不冲马桶而是让清洁工代劳，因为他不屑亲自做这种事儿。我钦佩西拉德的智慧和他的热情，但是我得承认我和其他人一样无法忍受他的怪癖。

西拉德经常和威格纳见面，有时候在纽约，有时候在普林斯顿。在西拉德在学界和商界之间来回穿梭，一边推动核弹研制一边为第一座反应堆寻找成吨的纯化石墨的同时，威格纳开始了计算工作。他在数学和物理学上有着过人的才华，是一位工作井然有序、讲究方法的工作者，那时他39岁。

威格纳的计算与裂变反应的增值性有关，即如果一个中子引发一次裂变事例，那么平均而言多少个中子（或中子碎片）将最终会引发多少次其他的裂变事例？答案不仅仅在于询问发生裂变反应时或随后会有多少个中子被释放出来。我们那时已经知道这个数字远远大于l。费米等人力图从实验上给出答案。关键问题是这些中子被放出来之后会发生什么。部分中子会逃逸出反应堆，部分中子会被各种核——尤其是铀238——吸收而不再引起裂变，还有部分中子则会引起进一步的裂变反应。反应堆的设计目标就是要尽量减少损失和吸收，以便进一步使裂变最大化。使中子得到快速慢化是使倍增因子保持大于1的关键所在，因为慢中子最易引发铀235裂变。因此反应堆必须包含能够使中子慢化的材料。费米直接就称这种材料为“减速物”（slower downer）。我对这个术语大不以为然，于是只好提出一个不同的术语。我选择用“慢化剂”（modera-tor），这个词一直沿用至今。

在裂变研究的最初时期，或许就在玻尔和我于1939年夏天完成我们有关裂变理论的论文之时，美国和法国的几位科学家各自独立地认识到反应堆必须设计成栅格状。而慢化剂和铀燃料则应当做成块状而不是类似于做面包那样以碎末形式混合在一块儿。但当时没人确切知道这个块状物体该有多大，它们之间该如何排列。威格纳试图找出答案。

但在没有实验数据支持的情形下，他也只能计算到某个程度。除了要知道平均每次裂变事件会有多少中子释放出来之外，他还需要知道中子在穿过燃料和慢化剂时慢化过程的细节，需要知道中子被慢化剂吸收因而不能用来引发链式反应的概率。为了回答这些问题，威格纳让普林斯顿的回旋加速器小组忙得不亦乐乎。该小组的头儿米尔顿·怀特（Milton White）对于让他主持所需的实验感到非常高兴（虽然那时美国还没有参战，但铀研究的重要性已是昭然若揭）。怀特小组里有一位相当活跃的年轻人叫做爱德华·克罗伊茨（Edward Creutz），就是后来成为洛斯阿拉莫斯一个小组的头儿，战后去匹兹堡卡内基理工学院当教授的那位。克罗伊茨是一位很好共事的人。只要能把工作做好，叫他扫地他都干。鉴于他的能力和热情肯干的态度，我后来将他推荐给了弗里德里克·德霍夫曼（Frederic De Hoffmann），让他到通用原子公司（通用集团的子公司之一）担任高级职位，他就在那里成功设计并建造出一种简单而且具有商用前景的核反应堆。

鉴于怀特和克罗伊茨等人所获得的实验结果，我们中那些整天考虑反应堆设计的人得出结论：石墨状的碳可以用作慢化剂，如果能够确保这种石墨有足够高的纯度的话。我们知道“重水”（D2O）——就是普通的“轻”水分子（H2O）中的氢被氘取代所形成的水——的效果会更好，但成本更高。那时候美国确实有几升重水可用，但每升的成本超过2500美元。所幸的是德国科学家得出的是不同的结论。他们认为石墨吸收中子之后会变得不再适合作慢化剂，因此他们将注意力转向如何能够取得大量的重水上。

格罗夫斯将军在得知重水对于德国人的潜在重要性后，一接手主管曼哈顿计划便立即采取行动：要求盟军摧毁位于挪威维摩尔克（Vemork）的重水工厂。当时英国已将维摩尔克列入特种部队的攻击目标之一，接到命令后迅速将预定攻击日期提前。1942年11月的首次攻击由于天气恶劣招致付出了34条生命的代价最后还是以失败告终。1943年3月，他们再次发起攻击，这次仅有6名挪威人跳伞空降挪威，并成功地与上年10月跳伞幸存的4名挪威同胞会合。这个小型突袭队取得了令人惊喜的成功——他们将工厂基本摧毁却无一阵亡。重水生产因此被拖后了差不多一年。

我们的法国同行也深知重水的重要性。1940年，法国军情二局的阿利耶（Allier）中尉设法从挪威获取了185升重水，当时世界上大部分重水都在这儿了。他为自己和这26罐重水订了分别飞往阿姆斯特丹和苏格兰两条航线的机票。结果飞往阿姆斯特丹的班机被德国空军拦截，迫降在汉堡后接受搜查。他则携带重水搭乘另一班飞机前往苏格兰，随后又经由海陆运输，将这批珍贵物品护送到了巴黎。但在此长待并不安全，于是物理学家汉斯·冯·哈尔班（Hans von Halban）决定将它转移出境。他让妻子与一岁的女儿坐在汽车前座，后座上是居里夫人的1克重的镭，重水则放在前后座中间作为屏蔽，然后将车开到法国南部。他和他的小组成员几乎立刻接到指示将这一护送工作移交给英国方面。在从波尔多港出发进行越洋航行时，重水罐被用绳索固定在木制平台上，这样万一船在航行时沉没，重水仍可以漂浮在水面上。1943年，法国科学家和他们的185升重水（仍是盟军手中最大一批存货）终于到达加拿大的蒙特利尔。这时位于英属哥伦比亚的特雷尔（Trail）的重水生产厂已经有能力进行大规模生产。1944年，这个厂生产了大约6吨的重水，而成本只有1941年的1％。

德国对石墨的误判是造成他们核弹研制计划滞后的原因之一。到欧战结束，即费米型反应堆达到临界的两年半后，德国也没能建成一座可运行的反应堆，更谈不上搞清楚如何制造核弹了。

我必须承认我自己也有一次误判。珍珠港事变前的那几个月，我们利用法恩楼茶室里的一台收音机收听战况并讨论战争的进展。我得出的结论是，由德国统治欧洲可能是确保欧洲长期和平的最佳途径。我那时是德国物理学会的会员并在德国物理学界拥有相当多的朋友，我羡慕德国的强盛和高效。我不能借口自己那时年轻，不谙世事。事实上，我从学生时代起就对历史和国际事务具有浓厚的兴趣。1934年到1935年间，我在哥本哈根认识了好些德国的犹太裔科学家，也知道他们将希特勒的德国看成是极大的威胁。我从爱因斯坦、特勒、威格纳和其他流亡人士的言谈中得知，纳粹的种族歧视逼使他们移居美国。其中一位流亡人士，即我在普林斯顿的同事瓦伦丁·巴格曼（Valentine Bargmann），就曾因为我阅读德国物理学会寄给会员的德国宣传材料而对我进行谴责。

如今，事情过去了50多年，我很难追忆起我那时的心态。我曾无视朋友的恐惧，认为文明人不可能将恶毒的舆论攻击变成惨无人道的行动。我的父母认为我对德国的同情态度有辱家门。我的这种同情态度即使在美国参战之后也没有即刻转变，而是在我逐渐看到更多的事实后才逐渐淡去的。甚至在我竭尽全力协助战胜德国时，我仍然倾向于相信人性本善，说德国人施暴就像说美国人会实施暴行一样不可思议。战争行将结束时我看到了更多的真相，但直到1947年我参观了奥斯维辛集中营，我才真正彻底地认识到德国人的野蛮暴行。

尽管最后我看清了暴政统治下人性会沉沦到无底深渊，但我永远不会放弃我对世界各国的科学家同行的同志般友情，包括德国的科学家。1935年初，我第一次在哥本哈根认识了海森伯——后来成为战时德国铀研究计划的领导者的那个人。当时我23岁，正信心满满盼望着成为优秀的理论物理学家；他33岁，已经因差不多10年前提出的量子力学而名扬天下。现在，以他的名字命名的原理——海森伯不确定性原理——已成为理解小尺度世界里单个事件的不可预知性的基本原理。那时候，有好几次，海森伯和我一道漫步在春日的阳光里边走边谈。他不是一个容易了解的人。他有点内向，甚至可说是郁郁寡欢，我想他就像被允许到户外与邻居家小伙伴一起玩耍的小孩儿，知道自己不久就得回家。

在海森伯于1939年离开密歇根大学的暑期学校去参加“巴伐利亚的阿尔卑斯山区机枪射击训练”之后，我们再度见面已是12年后了。1951年夏天，我和太太正在哥本哈根靠近河岸的一家普通餐厅用餐时，看到一位男士独自走进餐厅。他在侍应生的引导下在一张桌前坐下。“那是海森伯，”我对珍妮特说道，“我们邀请他坐过来吧。”她显然同意。海森伯似乎对受到邀请感到很高兴。整个晚餐，我们谈了最近的一些事情，但绝口不提铀或反应堆或核弹。他告诉我们，就在德国在盟军的进攻下行将崩溃时，他没打招呼就离开了实验室，蹬着自行车赶往慕尼黑与太太和孩子们会合，看着战争在混乱中结束。半路上他碰到一名哨兵，那位军人受命对擅离职守的人就地正法。海森伯递过一根香烟并说服他让自己过去。“一根香烟换回我一条命。”他说道。随后我邀请他到普林斯顿，那时候我的部分同事仍对他耿耿于怀。海森伯1976年去世，享年74岁，走时只有少数几个朋友为他送行。对于他在战争时期的动机，我和其他人一样感到不确定。按照某些观察家的说法，他可能故意延缓了德国发展原子弹的研究计划。但目前更为可信的观点认为，他和他的德国同行之所以没有要求动用大规模资源来推进核弹计划，是因为他们认为实施这一计划所需的时间远远超过结束战争所需的时间，他们不知道盟军正在制造核弹。

在裂变研究的早期岁月，一般都认为制造核弹需要用稀有的铀235，尽管我们都知道要从化学性质相同的铀238中分离出铀235是极其困难的事儿。1939年3月16日，在威格纳的大办公室召开的一次会议上，玻尔、威格纳、西拉德和我讨论了制造核弹的可能性。这距玻尔回应普拉切克早餐上提出的问题从而想到用慢中子作用铀235来引发裂变的设想才过去几周。因此会上我们认为制造核弹的可能性取决于能否得到足够的高纯度铀235。玻尔很清楚实施这项任务的高昂成本，感叹道：“是的，造一枚核弹是可能的，但那得动员全国的力量来做。”

在我和玻尔合作研究其他同位素在慢中子作用下发生裂变的可能性后的第二年，有几个人已经看出用钚来制造核弹的可能性，这样就可以绕过从铀238中分离出铀235的困难局面。美国的特纳（此前我已提及）和德国的冯·魏茨扎克（Karl Friedrick von Weizs惫cker）都看出了这种可能性，要说明的是，这是在钚还没有被命名，更没人看到过的情形下做出的预见！虽然玻尔和我曾预言钚具有裂变的可能性，但我们没有立刻建议用它来制造核武器。但到1941年末，采用钚的方案开始得到认真考虑。（但当时无论是康普顿，还是其他人都没有勇气或那么急迫地建议将铀分离计划停下来，全力投入到对钚的开发上。）

1942年1月我前往芝加哥的任务，就是要设计一种能够制造以千克计——最终以吨计——的钚的反应堆。这距西博格小组发现钚还不到一年。当钚还仅以微克计以供研究之用时，建造汉福德反应堆的宏大工程已经上马。

用石墨作慢化剂解决了如何慢化中子的问题，但还存在另一个问题：如何冷却反应堆？这个问题也是我到芝加哥后的头几个月里首先需要解决的问题之一。费米的低功率堆不存在这个问题。他那个装置设在一所壁球馆那么大的房间里，用室内空气循环进行冷却就足够了。这个人类历史上的第一座反应堆的用途是验证链式反应的可行性，而不是用来输出功率或制造新的同位素。而我们计划中的这座产钚的反应堆则需要持续泵入气体或液体来带走热量。

我和许多人想的一样（我想大多数人也都如此），认为氦应当是最好的冷却剂。氦不会吸收中子，因此不会对链式反应形成干扰。我进行了一些实验（那是我这个搞理论的这一生中曾做过的少有的几个实验之一），但泵入的不是氦而是空气，让空气高速流过石墨管道，观察这种流动会不会对管道的石墨壁造成侵蚀。结果表明，侵蚀可以忽略不计，这种冷却方式可以用氦气来进行。

但氦气有一个明显的缺陷——导热性能较差。水的导热性质要好得多（而且也便宜得多）。威格纳倾向于用水冷却。他辩称，水所吸收的中子数应当不会大到终止链式反应，尤其是如果我们能获得足够数量的纯铀作为燃料时就更是如此。事实上，我们用来进行研究的铀的品质在不断提升，这也支持了威格纳的看法。大约在1942年夏末，我们决定设计一座水冷式反应堆。

但在我们这个决定之前，产钚反应堆的预研工作已经展开，康普顿已选定斯通与韦伯斯特公司（一家大型工程建设公司）开始了设计工作。而斯通与韦伯斯特公司的总工程师与科学家之间相处得不是很融洽，在选用冷却剂的问题上也存在一些摩擦。他接到的设计指令是用氦进行冷却，而且他对讨论采用其他替代方案没有兴趣。但他和我的关系不错，因此我被认为是与工程师打交道的合适人选。斯通与韦伯斯特公司参与计划的时间并不长。11月份，在格罗夫斯将军（他于9月17日接任曼哈顿计划负责人）的要求下，杜邦公司同意接手进行设计、建造并运营产钚工厂。大概是因为我和斯通与韦伯斯特公司的工程师沟通良好的缘故，康普顿要我担任与杜邦公司的协调人。这项任务成为我在战争结束之前的主要职责。

1942年感恩节那天，费米及其小组正准备在大学运动场的西边看台下建设反应堆，而我则在威尔明顿正与杜邦的同行围桌而坐，讨论产钚反应堆的可能的着落地点。考虑中的地点有佛罗里达、南卡罗莱纳和华盛顿州等地。这些地方均取水方便且足够偏远，能够在发生事故时提供充分的安全保障。另一个必备条件是必须具有可靠的电力供应，以使反应堆的循环冷却水的运转得到保证。我还请求一位朋友调查了这些地区的雷电的统计数字，因为雷电有可能造成断电。基于这些数据，我们排除了佛罗里达。我不记得当时是出于什么考虑选择了华盛顿州而没选择南卡罗莱纳。后来，没过几年，南卡罗莱纳的萨凡纳河便被选为另一座主要反应堆的建造地点，用来同时生产钚与氚。（氚是氢的最重的同位素，可用于热核反应）。