náhľad|Výsledkom projektu Manhattan bola atómová bomba testovaná 16. júla 1945 v Alamogorde
Projekt Manhattan je neskoršia hovorová skratka pre Manhattan Engineering District (MED), čo bol krycí názov pre tajný vojenský vedecký projekt USA, ktorého cieľom bolo vytvorenie atómovej bomby. „Projekt Manhattan“ sa vzťahuje najmä na začiatok projektu, teda obdobie 1942 – 1946. Išlo o dovtedy najdrahší projekt v histórii, celkové náklady dosiahli na tú dobu obrovskú sumu vyše 2 miliardy dolárov.
Projekt Manhattan zamestnával celkove 225 000 ľudí. Ďalších 600 000 Pacner, K.: Atomoví špioni. Šulc a spol., Praha, 1994, s. 34 ľudí na ňom pracovalo nepriamo, ale prevažná väčšina personálu ani nevedela, že pracuje na atómovej bombe – na jednej z najdôležitejších vojnových úloh v druhej svetovej vojne.
Poznatky získané v projekte Manhattan boli použité na zostrojenie bômb Little Boy a Fat Man, ktoré boli 6. a 9. augusta 1945 zhodené na japonské mestá Hirošima a Nagasaki.
Predohra Na rozhraní 19 a 20. storočia sa štiepením atómu zaoberali prevažne európski vedci. V roku 1896 objavil Henri Becquerel rádioaktivitu a dokázal, že všetky zlúčeniny uránu sú rádioaktívne. V roku 1898 objavili Pierre Curie a Maria Curieová-Skłodowská rádioaktívny prvok rádium, bez ktorého by boli ďalšie výskumy v oblasti jadrovej fyziky nemožné.
V roku 1902 Ernest Rutherford vypracoval teóriu rádioaktívneho rozpadu a v roku 1911 objavil atómové jadro. Rutherfordov model atómu využil v roku 1913 Niels Bohr na vypracovanie teórie stavby atómu. Následne neutrón objavil v roku 1932 James Chadwick a Enrico Fermi už v roku 1934 použil prvýkrát neutróny na bombardovanie atómového jadra.
Prvým, kto rozoznal, a popísal reťazovú reakciu (a v roku 1936 aj princíp atómovej bomby), bol Leó Szilárd, ktorý si ju dal v roku 1934 aj patentovať.
V roku 1937 Irène Joliotová-Curieová objavila delenie uránu pôsobením pomalých neutrónov. Atómová fyzika v tých časoch rýchlo napredovala a na základe zistení Iréne Curiovej bol vykonaný aj úspešný berlínsky experiment profesora Otta Hahna, Fritz Strassmanna a ich spolupracovníkov. Jeho skupine sa podarilo experimentálne rozštiepiť jadrá uránu ich bombardovaním pomocou neutrónov, pričom sa uvoľnilo veľké množstvo energie. Výsledky týchto pokusov nakoniec správne objasnila Lise Meitnerová, asistentka Otta Hahna, a jej synovec, Otto Frisch, ktorý v tom čase pracoval u Nielsa Bohra. Meitnerová a Frisch spoločne zaviedli termín „delenie jadra“ (ako analógiu k deleniu buniek v biológii) a urobili si obraz o delení jadra uránu. Ukázalo sa, že jadro uránu predstavuje nestabilný útvar, ktorý je pripravený na delenie už aj pri malých podnetoch a že pri jeho delení sú vzniknuté časti ľahšie asi o jednu pätinu hmotnosti protónu. Výsledok týchto pokusov si Otto Frisch overil experimentálne v Kodani a aj ich správne interpretoval-rozdelením jadra uránu po prijatí neutrónu sa uvoľní obrovské množstvo energie a vznikne tak jadrový rozpad. Niekoľko dní na to Enrico Fermi aj Frédéric Joliot-Curie nezávisle od seba zopakoval pokusy predchádzajúcich vedcov a získal rovnaké výsledky. Frisch a Meitnerová zaslali redakcii časopisu Nature list, na ktorom sa dohodli len telefonicky. Článok mal názov „Rozpad uránu pôsobením neutrónov - nový druh jadrovej reakcie“. List prišiel do redakcie 16. januára a uverejnený bol 18. februára 1939.Iojryš, A.I., Morochov, I.D., Ivanov, S.K.: A bomba. Nakladatelství Svoboda, Praha, 1984, 389 s. V tom istom roku 30. januára predložil svoje práce na zverejnenie aj F. Joliot-Curie pod názvom „Experimentálny dôkaz výbušného rozpadu jadier uránu a thoria pôsobením neutrónov.“
Výskum v USA Niels Bohr pochopil, že Meitnerová a Frisch podali správny výklad Hahnových pokusov. V januári 1939 odišiel Bohr na kratší pobyt do Spojených štátov a uvedomoval si, že vo fyzike došlo k udalosti veľkého významu. V USA sa v tom čase štiepením atómov zaoberali vedci pôsobiaci na Kolumbijskej univerzite v New Yorku, medzi ktorých patrili Enrico Fermi, Leó Szilárd, Walter Zinn a Herbert Anderson. Enrico Fermi a Leó Szilárd, potrebovali len niekoľko týždňov, aby definitívne sformulovali nové poznatky: atóm uránu je možné rozštiepiť na dve časti, pričom sa uvoľní obrovské množstvo energie a v procese tohoto štiepenia vznikajú neutróny, ktoré môžu následne rozštiepiť ďalšie jadrá uránu a umožňujú tak vzniku reťazovej reakcie.
Niektorým vedcom bolo už v tom čase zrejmé, že praktické využitie štiepenia atómov môže viesť k skonštruovaniu neobyčajne účinných zbraní. Jedine Szilárd sa však chopil iniciatívy, aby všetci fyzici v USA, Kanade, Británii, Dánsku a vo Francúzsku okamžite prestali zverejňovať svoje štúdie z oblasti jadrového výskumu. Vedci však s takouto iniciatívou nesúhlasili, najmä Enrico Fermi nie, ktorý emigroval do USA z Talianska kvôli nástupu fašizmu k moci a kvôli silnej cenzúre na tamojších univerzitách. Odpor vedcov k takejto iniciatíve bol samozrejmý, keďže ich hlavnou náplňou bolo práve publikovanie novozistených poznatkov. Kvôli tlaku predstaviteľov Kolumbijskej univerzity bol napokon aj sám Szilárd nútený publikovať svoju prácu "Reťazové reakcie v uráne". Neskôr sa ukázalo, že to bola významná priekopnícka práca.Pacner, K.:Atomoví špioni. Šulc a spol., Praha, 1994, s. 14
Bohr, ktorý sa zdržal v USA od januára do mája 1939 urobil veľa pre vypracovanie teórie, ktorá potom viedla k poznatkom, že urán 235 a plutónium majú zvláštnu náchylnosť k štiepeniu. V apríli 1939 upozornil Bohr spolu s Johnom Wheelerom vo svojej teoretickej štúdii na skutočnosť, že nie všetky jadrá uránu sa štiepia rovnako. Najlepšie sa štiepi urán 235. V kuse uránu je iba jeden atóm 235U na 140 atómov 238U, a ich oddeľovanie je náramne zložité. Bohr svojimi prácami položil základ k intenzívnejšiemu skúmaniu problémov jadrových reakcií. V druhej polovici roku 1939 sa vedci na celom svete už mohli opierať o ďalšie významné teoretické aj experimentálne objavy v jadrovej fyzike. Prvým problémom sa ukázal byť samotný urán. Ľahko štiepiteľný bol len izotop 235U, ktorý však tvorí priemerne len 0,7% podiel v prírode sa vyskytujúcich izotopov. Na výrobu atómovej bomby bolo potreba zvýšiť jeho koncentráciu na viac ako 90 %. Problém sa podarilo vyriešiť Výskumnému laboratóriu vojnového námorníctva – dr. Ross Gunn a dr. Philip Abelson objavili účinnú a pomerne jednoduchú metódu separácie 235U, ktorá nesie názov po svojich objaviteľoch: Gunn-Abelsonova metóda.
Aj keď všetky tieto objavy vyvolali vo svete fyziky senzáciu, mnoho ľudí začalo mať aj obavy z možného využitia atómovej energie na vojenské účely. Americká tlač už začala verejne písať o atómovej bombe. Najviac znepokojení však boli vedci, ktorý emigrovali do Spojených štátov. Mnohí z nich odišli do USA najmä kvôli vzrastajúcej moci Adolfa Hitlera v Nemecku a kvôli silnejúcemu antisemitizmu v celej Európe. Dva dni po začatí okupácie Čiech a Moravy nemeckými vojskami, 17. marca roku 1939, informoval Enrico Fermi na schôdzke v budove Ministerstva vojnového námorníctva vo Washingtone o úspešnom berlínskom experimente profesora Otto Hahna jeho spolupracovníkov. Na rokovaní sa zúčastnil aj admirál S.K. Hooper, ktorý zastával funkciu zástupcu riaditeľa námorných operácií pre techniku. Vojenské kruhy si však dostatočne neuvedomovali možnú hrozbu zo strany fašistického Nemecka, v ktorom došlo k mnohým objavom na poli jadrovej fyziky a ktoré disponovalo dostatočnými materiálnymi aj ľudskými zdrojmi na zostrojenie atómovej bomby.
V lete roku 1939 priplával na lodi Hamburg do New Yorku Werner Heisenberg aj s niekoľkými kolegami z Nemecka, s ktorými sa mali zúčastniť na turné po amerických univerzitách. Heisenberg sa stretol s Fermim a aj s Georgom Pegramom, vtedajším dekanom fyzikálnej fakulty na Kolumbijskej univerzite, ktorý mu ponúkol miesto stáleho profesora na univerzite. Aj keď Heisenberg nebol presvedčený nacista, ponuku odmietol a vrátil sa do Nemecka, kde bol počas druhej svetovej vojny hlavnou osobou nemeckého uránového projektu. Heisenber až po skončení vojny prehlásil, že "v lete 1939 mohlo ešte dvanásť ľudí zabrániť výrobe atómových bômb-keby sa navzájom dohodli"Pacner, K.:Atomoví špioni. Šulc a spol., Praha, 1994, s. 19.
Poradný výbor pre urán
Koncom leta 1939 sa Leó Szilárd spolu s Eugenom Wignerom a Edwardom Tellerom zhodli, že najlepšie by bolo na celú situáciu okolo reťazových reakcií a ich využitia upozorniť niektorého z vplyvných politikov. Preto sa rozhodli napísať list, ktorý bol 2. augusta odoslaný prezidentovi Franklinovi D. Rooseveltovi a ktorý bol podpísaný Albertom Einsteinom. Einstein bol v tom čase pravdepodobne najpopulárnejší fyzik v celých Spojených štátoch a bol známym pacifistom. Prezidentovi Franklinovi D. Rooseveltovi bol však Einstein-Szilárdov list doručený až 11. októbra, kedy už v Európe vyše mesiac prebiehala druhá svetová vojna. Upozornili ho v ňom na možnosť zostrojenia „výnimočne silných bômb nového typu“. Prezidenta zo začiatku list vedcov príliš nepresvedčil. Na druhý deň sa ešte raz stretol s Alexandrom Sachsom, ktorý mu list deň predtým doručil a po krátkom rozhovore sa rozhodol konať. Následne Roosevelt prikázal riaditeľovi Úradu pre normalizáciu Lymanovi Briggsovi aby bola v čo najkratšom čase vypracovaná správa o perspektívach využitia jadrových vlastností uránu a bol zriadený Poradný výbor pre urán (prezývaný aj Uránový výbor). left|náhľad|Generál Leslie Groves (vľavo) bol menovaný ako vojenský vedúci projektu Manhattan, kým Robert Oppenheimer (vpravo) bol vedúcim vedeckého výskumu. Na prvú schôdzu Uránového výboru v októbri 1939 boli prizvaný okrem Alexandra Sachsa a dvoch delostreleckých odborníkov aj fyzici Szilárd, Wigner a Teller. Výbor predložil správu prezidentovi Spojených štátov 1. novembra. V správe poukázal na reálnu možnosť využitia atómovej energie a tiež na možnosť výroby atómovej bomby. O udelení prvej dotácie vo výške 6000 dolárov informoval 20. februára 1940 Lyman Briggs vojenského pobočníka prezidenta Roosevelta, generála Watsona.
Zo Szilárdovho podnetu poslal Einstein 7. marca 1940 ďalší list Rooseveltovi, v ktorom ho upozorňoval na zvýšený záujem nacistického Nemecka o urán a na to, že práce je potrebné urýchliť. Einstein v liste okrem iného napísal: "Dozvedel som sa, že v Nemecku sa v tajnosti uskutočňuje výskum najmä vo Fyzikálnom ústave cisára Viliama. Tento ústav bol presunutý pod správu vlády a v súčasnej dobe tam pracuje skupina fyzikov pod vedením Carla Friedricha von Weizsäckera spolu s Chemickým ústavom na riešení problémov uránu..." Pacner, K.:Atomoví špioni. Šulc a spol., Praha, 1994, s. 21. Aj napriek tomu však celý výskum napredoval pomerne pomaly, najmä kvôli veľkej byrokracii okolo programu.
Ďalšia schôdza Uránového výboru sa konala 28. apríla 1940. V tej dobe už vedci vedeli, že štiepenie uránu vyvolané neutrónmi prebieha len v prípade 235U. Okrem toho bolo zistené, že v Nemecku boli výskumom uránu poverení pracovníci Fyzikálneho ústavu Spoločnosti cisára Wilhelma. Na výbore sa prerokovala aj otázka, ako celý výskum v USA podporiť a ako ho aj lepšie zorganizovať.
Zvláštna poradná skupina, ktorú vytvoril Lyman Briggs pri Úrade pre normalizáciu, prejednala 15. júna 1940 celkovú situáciu okolo uránového výskumu. Nakoniec bola vyslovená požiadavka, aby Uránový výbor získal prostriedky pre výskum uránouhlíkového systému. Onedlho nato bol vytvorený Výskumný výbor národnej obrany (NDRC) a prezident Roosevelt nariadil, aby bol Uránový výbor premenený na podvýbor Výskumného výboru národnej obrany. Predsedom NDRC bol vymenovaný Vannevar Bush, podvýbor mal naďalej na starosti Briggs, ale k tomuto výboru už nebol prizvaný ani jeden cudzinec.
V lete roku 1940 požiadali fyzici pôsobiaci na Kolumbijskej univerzite na ďalšie výskumy dovtedy nepredstaviteľnú sumu 140 000 dolárov. Do novembra 1941 však stál výskum už okolo 300 000 dolárov. V tomto období sa celý atómový projekt označoval ako S 1 NDRC.