20世纪30年代，纳粹上台不久便开始积极备战，意在吞并欧洲，称霸世界。纳粹上台后，许多犹太裔科学家被迫离开欧洲，而且纳粹的势力扩张到哪里，哪里的犹太裔人士就不得不离开，否则就要受到迫害。这样的情况迫使爱因斯坦、马克斯・玻恩、尼耳斯・玻尔、厄耳文・薛定谔和恩里科・费米等科学大家先后离开了欧洲大陆。关于这样的情况，法国物理学家保罗・郎之万曾惋惜地叹道：“这是一个重要事件，其重要程度就如同把梵蒂冈从罗马搬到新大陆去一样。‘当代物理学之父’迁到了美国，德语毕业论文，现在美国就成了物理学的中心了。”
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科学中心所处的国家和地区都曾是“群星灿烂”。科学中心的转移关于整个欧洲来说，损失是不可估量的。
核裂变的“偶然”发现
20世纪30年代初，欧洲的科研实力还很强大，特别是在中子发现之后，人们不仅对原子的结构有了深入的认识，而且科学家还拥有了一个“利器”――借助中子略论物质的结构。 莉斯・迈特纳与奥托・哈恩
意大利物理学家恩里科・费米也像许多科学家一样，认识到利用中子作为“炮弹”轰击原子核可能会产生（人工放射性的）新元素。1934年3月，费米小组按照原子序数的顺序轰击了当时已发现的所有核素，并发现了一系列具有放射性的元素。当用中子轰击当时所知的最重的元素――铀时，得到了放射性产物。他们发现这种放射性产物不属于从铅到铀的那些重元素，和用中子轰击其他重元素的结果不一样。这实际上是中子轰击重原子核产生核裂变的最早证据。然而，费米小组的探讨人员并没有想到中子轰击重核会使后者分裂成几块碎片。
当时，与费米小组的探讨方向一致的还有位于德国柏林的莉斯・迈特纳和奥托・哈恩的小组。奥地利女物理学家莉斯・迈特纳一直密切关注费米小组的探讨进展，她与哈恩也开始寻找“超铀元素”。1938年7月，为躲避德国纳粹的迫
害，身为犹太人的迈特纳不得不逃离德国，来到了瑞典。3个月后，哈恩写信给迈特纳，告诉她在实验产物中发现了第88号元素镭。但是，迈特纳不相信产物中会有镭，她在回信中告诫他们要仔细略论实验产物。哈恩和助手对实验产物重新进行了检验，确定为第56号元素钡。哈恩对此更加大惑不解，为什么在产物中会含有钡呢？
1938年12月，哈恩写信给迈特纳，详细介绍了实验的细节。此时，圣诞节临近，迈特纳的侄子弗里施从丹麦赶到瑞典看望她。弗里施看到了哈恩的来信，二人对这个问题进行深入研讨，他们联想到尼耳斯・玻尔的“液滴模型”：如果原子核被看成一个带电液滴，核子由于核力被束缚在一起，重核中质子间的库仑力几乎可与核力相抗衡，因此俘获中子后的铀核是不稳定的，会分裂成两块大致相等的核。迈特纳指出，除了第56号元素钡外，还应有第36号元素氪。迈特纳还根据爱因斯坦的质能方程，利用核分裂前后的质量亏损计算出了该反应释放出的能量约为200电子伏。迈特纳和弗里施从物理理论的角度对实验结果给出了较为合理的解释。弗里施回到丹麦后迅速开展实验工作，最终观测到了核反应过程中所释放出的巨大能量，为他们的理论解释提供了有力的证据。
由于中子轰击铀核发生分裂的过程同生物学中的细胞分裂非常相似，弗里施将这一新型核反应过程形象地称为“核裂变”。核裂变现象的发现标志着原子能时代的到来，为人类利用核能开辟了道路，是科学发展史上的一个重要里程碑。
核裂变发现的重要性表现在：在原子核中存在大量的能量――原子核能。不过在20世纪30年代，人们对此尚没有足够的认识，甚至包括爱因斯坦、玻尔、卢瑟福等著名科学家都否认了人类能利用核能的可能性。这种“预言”或“断言”都稍许推迟了人们利用核能的时间，甚至挫伤了一些人获取核能的信心。另一方面，核裂变现象的发现表明，德国的科研实力不可小觑，而这种实力对增强法西斯的力量也会产生巨大影响。
纳粹的野心
德国科学家是全世界最早开始研制原子弹的，但他们未能获得成功。在第二次世界大战爆发后，德国作战部就加强了核裂变的探讨。作战部的库尔特・迪布纳请来理论物理学家埃里奇・巴奇，组织召开了两次秘密会议，邀请了海森堡、哈恩和哈特克等科学家参加。他们共同拟定了研制核武器的方案。在具体的工作中，由海森堡负责理论探讨工作，巴奇负责测量氘（氢的同位素）的核反应截面（以确定重水可否作为减速剂以及它的效用），哈特克负责同位素分离的工作。作战部还接手了1937年成立的威廉物理探讨院，并负责提供探讨费用。
大约与此同时，德国多所大学的物理学家纷纷给德国教育部写信，指出核能的重大运用价值。由此可见，当时已有许多物理学家意识到核能的价值。应该说，德国的核物理探讨开局不错，但是，这种“不错”对世界和平无疑是灾难性的。
不能让德国人获得重水
重水是20世纪30年代末才发现的一种新型特异水。在20世纪40年代初的核探讨中，人们认识到，可用石墨和重水作为反应堆中的减速剂。费米在芝加哥大学建造的核反应堆使用的是石墨，但是德国科学家喜欢使用重水。当时，哈特克估计，生产1吨重水要消耗10万吨煤。当时正值二战，这样的核反应堆代价太高了。不过，如果必须采用重水，可向北欧的挪威进口。当时世界上唯一生产重水的工厂位于挪威的尤里坎地区。
德国政府派出德国著名的化工公司――法本联合企业的代表，与挪威的重水工厂商谈购买重水事宜。当时工厂只有50加仑（约189升）重水，这位德国的代表愿意出价12万美元;同时还提出一个计划，此后每月还要购入若干
重水。但挪威人要求德国人说明这些重水的用途，德国人并不愿意讲出来，而倔强的挪威人坚决不卖，也不接受以后的订货。 与此同时，法国人也知道重水的战略价值，他们向法国军备部长做了汇报。当这位部长得知德国人要高价购买挪威人的重水，就决定由法国人购买下来，为此派人到挪威商谈购买事宜，这时已经是1940年3月中旬了。
最终，法国人出价150万法郎购得这些重水的一半。据说，另一半原本是留给德国人的，但是，当挪威人听说这些重水可用于军事目的，就将这些重水的另一半无偿地送给了法国人。随后，挪威人把这些重水装入26个铁罐子运到了巴黎。
探讨减速剂的“歧途”
德国人未得到这批重水，这对德国的核探讨作用极大。不过，这批重水运到法国不久（1940年6月），巴黎沦陷，法国也宣布投降。然而，当德国人到达巴黎去接收这些重水时发现，这26罐重水已经被运到英国去了，所以纳粹再次失算。
关于石墨用作减速剂的想法，德国物理学家布雷利也是比较重视的。他进行了严格的计算，发现石墨是一种理想的减速剂。不过，这个信息被反法西斯组织了解到，他们为此进行了秘密的破坏活动。他们在石墨中混入了一些像二硫化铁和钙之类的杂质。用这样的石墨制造核反应堆的减速剂，自然不能得到真实的实验数据。此时，身在美国的费米的核反应堆使用的减速剂也是石墨。好在费米有很强的保密意识，他对同伴说，他们的实验数据应该保密，德语论文，不能外传，所以德国人并未分享到这样的探讨成果。
还有一位奥地利物理学家豪格曼斯也对阻止纳粹的核弹探讨做出了贡献。他曾在一家私人实验室进行铀探讨工作。他的探讨之一就是利用慢中子轰击铀-238，以得到钚-239（可用于核弹制造）。为此，他在1941年8月写出了一份长达39页的报告，但是这份报告被锁入保险柜，德国作战部并未得到。
由此可见，通向原子弹的3条探讨途径中，第一条是利用钚-239的道路被堵住了;第二条是利用石墨作为核反应堆减速剂的道路被堵住了;第三条是利用重水作为核反应堆减速剂的道路也暂时被堵住了，但还并未完全堵住。
终未得逞的原子弹计划
1940年4月9日，德军入侵挪威。德军控制了挪威最有价值的工厂――诺斯克水力发电厂，可以向该厂索取重水。海森堡还在莱比锡建起利用重水作为减速剂的核反应堆（简称为重水堆），并于1942年取得了很大的进展。为此，在挪威的重水厂也把年产量从1.5吨提高到5吨。借此，德国人加快了探讨的脚步。针对这种情况，英国人从1942年10月开始了一项旨在摧毁挪威重水厂的“行动燕子”计划。1943年2月中旬，6名受英国指派的挪威突击队员到达重水厂附近，他们潜入重水厂，炸坏了工厂的电解设备。不过，只用了半年，德国人就恢复了生产。同年11月，英美空军一同实施空袭，他们利用140架B-17轰炸机彻底炸毁了重水厂。但纳粹并不死心，他们试图把重水厂的一些设备拆下来和39筒重水一起运回德国。1944年2月，英国得知这一情报之后，通知了在挪威尤里坎地区活动的一名受过训练的突击队员（也只有这一名突击队员）。这位名叫霍克里德的队员勇敢地承担起这一重任。他找来几名助手协助他施行爆破任务，并把一个闹钟改装成定时器。
霍克里德了解到，这些设备装上火车后警戒是十分严格的。他只得在轮渡时下手，即航行在湖面的时候炸毁它。当轮渡航行在湖面之前，他们混入船中把闹钟定时器捆绑在支撑船体的钢梁上，同时还捆上4个启爆器，并在底层钢板上放好炸药包。当船行到接近深水区时，炸药包被启爆，39筒重水沉到了湖底。这第3条道路被彻底堵住了。这样，德国研制原子弹的企图基本上被打消了，原子弹之梦也随之破灭。
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