人類對自然的理解通常是一個知識積累和認知漸進的過程，原子物理學的發展也是如此。
19世紀末，量子論的形成是現代物理學雛形誕生的標誌，其重要的應用領域便是原子結構的研究。
20世紀初，英國科學家歐內斯特·盧瑟福創立了原子核理論，科學家們逐步積累起了有關原子的知識。
在愛因斯坦的狹義相對論中，著名的核動力公式E=MC²，為原子能的發現和利用奠定了理論基礎。
此後，人們便開始嘗試探索這種蘊藏著巨大能量的應用。
隨著被視為“原子核裂變鑰匙”的中子於1932年被發現，也為物理學家尋找到了轟擊原子核的“炮彈”。
1938年聖誕節前夕，德國化學家奧托·哈恩，在一系列的實驗中，成功發現原子核裂變現象，
後來，隨著對核裂變現象的進一步證實，接著有人便對“鏈式反應”進行了推測：如果鈾核裂變後，放出一個以上中子，這些中子又能引起臨近鈾核的裂變，如此下去，就形成了所謂的“鏈式反應”。
這一系列的發現，為人類提供了兩條應用途徑：工業動力能源和軍事能量釋放，前者以和平為主，後者則是戰場級別的核武器。
【暗潮湧動】
自1939年以來，同盟國科學界一直存在一種擔心：納粹會率先研製出威力巨大的核武器。
科學家們心急如焚，他們認為遏制像希特勒這樣的戰爭狂，唯一的辦法就是搶在德國之前，製造出原子彈。只有將建議交給羅斯福，才有可能儘快開始原子彈研製工作，為了增加說服力，他們一致決定，推舉愛因斯坦為代表。
39年8月和40年3月，由愛因斯坦牽頭，兩次致信美國總統羅斯福，警告德國人正在著手發展威力巨大的新式武器，已經在極其保密狀態下啟動了研究，類似情報並傳遞到英國倫敦政府。
報告起初並未引起羅斯福的重視，負責轉交信件的科學家薩克斯為了說服羅斯福，向他講起了拿破崙因為沒有采納新發明的蒸汽船，沒能建立起先進的海軍艦隊，最終被英國打敗的歷史，最後他說英國曆史學家認為如果拿破崙有點遠見的話，那歷史必定會改寫。
沉默很長時間後，羅斯福說到：“我不會成為第二個拿破崙”。
【重水】
1931年，美國化學家哈羅德·尤里發現了重水，因此榮獲了諾貝爾獎。
直到1935年1月，全世界唯一一家重水工廠（維莫克化工廠）才在挪威建成，並生產出了第一批重水，由於當時應用還未廣泛開發，所以全世界訂單量並不大，在4攝氏度時重水就會出現結冰的現象，當時有人笑言，它最大的用途就是能延長溜冰場的使用時間。
轉眼到了1938年，而重水全年銷售量才區區80千克，收入僅4萬美元。工廠一度陷入關閉狀態。
但隨著原子物理學領域的巨大變化，一切都發生了改變。而且變得相當快。
1939年4月29日，德國召集科學家進行了第一次“核物理學術研討會”，“鈾俱樂部”就此誕生，因此，二戰開始前夕，德國是唯一一個建立了鈾專案研究的國家，對原子彈的研究是處於領先地位的，
隨著1939-1940年年間，德國的“閃擊戰”席捲歐洲大陸，分別佔領了歐洲最重要的鈾礦，巴黎的迴旋加速器，和位處於挪威世界上唯一一座生產重水的維莫克工廠，擁有這兩種原料，也就具備了研製原子彈的基礎條件。
於此同時，德國的科研方面也領先於世界，在“鈾計劃”理論的準備工作也在同步進行中，可以說在當時德國具備了率先研製出核武器的一切基礎，佔盡了天時、地利、人和。
在德國“鈾計劃”專案中，由誰主導，誰就有決策權，在未驗證重水和石墨哪種選擇更適合作為減速劑的時候，主導“鈾計劃”專案的海森堡，做出了選擇重水為最佳減速劑的判斷和決策，特別是在之後測試中的表現，使他更加堅信自己的選擇是正確的，
【四次重水破壞行動】
這是一個鮮為人知與原子彈有關的故事。
美國為確保其首先研製出原子彈，成立了“阿爾索斯”秘密行動小組，專門收集其他國家研製原子彈的情報工作，“阿爾索斯”發現德國很早就開展了原子彈的研究，並利用建設在挪威的維莫克工廠生產的重水研製原子彈，而重水則是生產原子彈的重要原料。
很快同盟國就掌握了相關情報，並在1942年10月至1944年2月期間，先後發動了幾次在挪威高原上針對重水的破壞行動，這不僅影響了第二次世界大戰的戰爭格局，甚至波及了千里之外的太平洋戰場。
如果它們沒有發生，世界上第一個投下原子彈的國家則很有可能就是德國，可以說，在一定程度上這幾次行動改寫了二戰的結果和歷史的程序。
前奏：
1940年4月，德國納粹發動閃擊戰入侵挪威，除了為佔領挪威海岸線的戰略要地對抗英國外，還有另一個重要的目的，就是佔領維莫克工廠。
早在二戰爆發前，德國的“鈾俱樂部”工作展開後，就一直在想方設法提高重水的採購數量，並對外界的一切問詢保持沉默，這無疑引起了有心人的關注。
當時世界上所有的重水加起總共220升，其中有200升在挪威，如果能控制這一批重水，那麼對於研製原子彈將有十分重要的意義。
在德國人進攻挪威還不到一個月時，不得不提到一個重要的功臣，就是居里夫人的女婿，約里奧－居里，他在當時做出了一個重要的貢獻。
他認為儲存在挪威的重水非常危險，所以就立刻開始想辦法運走這批重水。
之後，法國便派遣秘密行動小組潛入挪威，密談重金收購重水的事宜，挪威人十分配合且分文不取，把當時儲存的全部重水交給了法國人轉運到巴黎，最後這批重水到了美國人手上，對美國研製原子彈產生了積極的影響，就這樣，德國人失去了第一批重水。
第一次行動：代號·新生
考慮到此次行動計程車兵人數較多，傘降的風險過大，降落後可能過於分散無法立刻集中，所以，聯合作戰司令部決定用轟炸機牽引著，全木質結構框架外包裹著三合板外殼的滑翔機，將士兵送到目標地點。
這次行動，飛行員們只能在夜晚引領易碎的滑翔機在自然條件惡劣，且完全未知的土地上著陸。有人開玩笑的說，它（滑翔機）看起來真像一副超大的棺材。
1942年10月18號，盟軍透過空投的方式，派遣一支4人的先頭小隊，他們與接應的情報員取得聯絡後的任務是：
1.偵察工廠內部結構
2.偵察地形，選出適合滑翔機降落的區域。
3.為飛機架設引航燈，同時提供歸航無線電訊號。
4.指引特種小隊進攻和撤離。
5.傳送天氣預報。
11月19日，先頭小隊向總部發出天氣預報：無雲、西北風、微風。
下午6點45分，兩架轟炸機各牽引一架滑翔機，先後騰空而起，這次行動英國特種作戰部派遣包括機組在內的行動人員總計48人。
整個晚上，英國皇家空軍指揮部辦公室煙霧繚繞，它們都在耐心的等待行動的最新訊息，但不幸的是，因飛機故障、夜間視野不佳等原因，第一次行動最終以一架轟炸機返回，其餘全部墜毀，倖存者被捕後全部遭到殺害，以徹底失敗的結果告終。
這些人，成為了戰爭之下的又一批犧牲品。
第二次行動：代號·燕子
儘管新生行動以失敗告終，但是盟軍並沒有放棄，馬上著手策劃第二次行動，因為，他們別無選擇：必須中止重水工廠內的生產，不然他們將會面臨更大的威脅。
這一次行動，吸取了上一次失敗的教訓後，決定精簡人員到6人，派出一支適應挪威冬季嚴寒天氣，熟悉地形的突擊小隊潛入工廠內部，用炸藥摧毀全部生產裝置。
隨後，便選拔了6名自願者進行強化訓練，如果條件許可，當下一個月圓之夜來臨時，他們就將以傘降的方式降落到任務地點附近，聯合之前的先頭小隊一起進行破壞行動，而這次，行動的小隊成員全部來自挪威。
戰爭爆發前，他們是學生、漁夫、警察、銀行家、工人等等，他們目睹了自己的國家被德軍侵略，親友被殺，現在，為了祖國和同胞們能重獲自由，他們義無反顧地壓上了自己的生命。
1943年2月16日，隊員們被空投到了挪威境內，幸運的是他們傘降後散佈的距離並不算遠，很快便聚集到一起，經過一週艱苦的尋找和跋涉，兩支小隊成功匯合，接下來就是找到這次行動的最佳往返路線，如何潛入維莫克工廠成為了擺在隊員們面前最大的難題。
維莫克地區山勢險峻，而維莫克工廠更是修建在險中之險的山頭上背靠懸崖峭壁，工廠面前是一座300米深的峽谷，兩端由吊橋連線，峽谷底部有條大河，現在正是冰雪融化的季節。
在接近廠區之前，首先要透過一大片原始森林，只有一條正常上山的路，但早已被德軍層層設防，其它只要是人能透過的位置也佈置了大量地雷、設定了各種障礙，只有那些人跡罕至認為人類無法透過的地方才沒有被設定障礙，而且，想要進入工廠只能經過一座連線著懸崖兩端的吊橋，這裡也早就被德軍以重火力牢牢控制住，如果從山路強攻，無異於以卵擊石自取滅亡。
經過事先偵察和反覆商議，要接近工廠對面一側的懸崖，他們最好的選擇只有先經過一段很長且危險性極高的原始森林，然後找到一處坡道下到峽谷底部，透過河面上還未融化的冰層越過峽谷底部的大河，然後爬上300米的懸崖後再一路向前，穿過一扇帶鐵索的大門潛入工廠。
穿過峽谷底部也就到了最後一關，也是最艱難的一關，挪威地理位置靠近北極，由於各種降雨、降雪，300多米的懸崖峭壁上面掛滿了冰，而且，根據情報顯示，德軍在這個懸崖峭壁上還不規則的佈置了一些警報器，只要開始攀爬就無法回頭，掉下去就是粉身碎骨，還不能觸發警報器，必須一次成功，可以想象的到這是多麼艱難的一個作戰計劃，真正的地獄級難度，他們內心裡十分清楚的知道只能向前。
所有人都拼盡全力，小心翼翼地向著懸崖頂部挪動，經過兩個半小時地攀爬，終於所有人都翻過最後一截巖壁，雖然精疲力竭，但成功地登頂還是讓他們感到如釋負重，他們倚在一旁休息，誰都沒有說話，目光卻不約而同地投向了那座屹立在寒風中的冬季堡壘。
在這次絕密行動中，大家以必死的決心做好了就算失敗也不能被俘後暴露行動目標的思想準備，除了攜帶必要的武器裝備外，每一個人還攜帶了兩片氰化鉀，在不幸被俘前用來自殺。
事前，他們做了充足的情報工作和準備工作，已經很熟悉工廠內部結構，所以在剪開進入工廠大門上的鎖後，便藉著工廠裡機器轟鳴聲的掩蓋下，很順利的摸到了生產重水的電解池那裡，沒多久隊員們迅速的在爆破點上部署好了炸藥，點燃導火索後飛快地跑向來時的路，不久爆炸聲響起，18個生產重水的電解池連同裝在裡面大約450公斤的重水就這麼順著下水道流光了。
維莫克化工廠隨後警報聲此起彼伏，現場亂作一團，隊員們趁著混亂，向來時的懸崖峭壁跑去。。。
最終，這次行動以未開一槍、無一人傷亡的戰績之下圓滿的完成了任務。
第三次行動：
萊斯利·理查德·格羅夫斯
作為曼哈頓計劃的總負責人，在他（格羅夫斯）看來，想要實現這一目標，方法有二，且互為補充。
其一，加快美國的原子彈研究程序；其二儘可能拖延敵人。
針對方案一，他正率領成千上萬名科學家、工程師和工人們夜以繼日地趕工，併為此投入了數量龐大的資金。
1.在華盛頓建立了一個大規模核反應堆；
2.在加拿大建立了一座大型重水工廠；
3.一組物理學家在新墨西哥州秘密研製原子彈；
4.同時使用兩種不同的方法，從鈾 238中分離鈾235。
然而，如何拖延敵人，卻在他控制力之外，這無時無刻都讓心生他焦慮，四月，他被告知位於挪威的重水工廠在被襲擊破壞後，兩年內都無法投入使用。然而短短几天后他又得到訊息，該期限已經縮短至一年。
事實上，維莫克重水工廠的修復工作進展的還要更快一些。
第二次破壞行動發生後不久，德軍軍備部迅速做出決定：修復電解池且儘快完成水電站擴建工作。擴建後的電解裝置將擴充至原來的兩倍。
四月中旬，一輛軍用卡車駛過通往維莫克工廠的吊橋，車上裝滿了鋼桶。這些鋼桶裡裝的，都是從柏林運來的純度接近百分之百的重水，它們全部產自維莫克。
經過夜以繼日的趕工，當來自柏林的重水抵達維莫克時，水電站內的修復工程即將完工。
這批重水將被用於填充新建的電解池，讓原本需要靠逐滴積累才能完成填充的漫長過程迅速縮短，使新裝置提前數月獲得產出。
4月17日，經過層層傾倒處理，重水再次緩緩流淌而出。不久，盟軍獲得最新情報，維莫克工廠再次運轉起來。
6月24日，盟軍在納粹“開始核計劃時間更早，很可能技術上領先”的認知和擔憂下，對最新情報進行了評估，希望擬定一份目標清單，透過襲擊的方式打擊目標來延緩德方的研究速度。
大家一致認為，如果不“繃緊每一根神經思考對策”，那麼花費二十億美元製造的原子彈就會變得毫無意義。隨後打擊計劃便獲得羅斯福批准。
1943年11月16日，美國戰略航空兵派出了總共一百多架B-17和B-24轟炸機，經過長途奔襲將炸彈投向了這座工廠，使它又暫時喪失了重水生產的能力。
此次轟炸雖然聲勢浩大，但由於當時的空襲炸彈並沒有現如今的精確制導，飛機在高空轟炸的精準程度很低，所以投出的炸彈過於分散，雖然使工廠生產再次陷入停頓狀態，不過並沒能破壞深藏在鋼筋混凝土下面的裝置，轟炸並未收到毀滅性的效果。
在遭受盟軍針對性轟炸後，讓德國人認為，如果繼續修復韋莫克工廠生產重水，那麼盟軍新一輪的空襲行動就會立馬展開。
1943年8月，東線戰事進入反攻階段，隨著時間的推移，東線和西線兩個方向慢慢向德國本土推進，原本自信滿滿的希特勒亂了方寸，他開始真正的把原子彈看作是救命稻草，於是他下令將維莫克的重水裝置拆解之後和之前儲存下來的重水一同運回德國。
第四次行動：
在挪威，最後一批不同濃度的重水，被分裝在40多個筒形容器內，經過提純，將會得到633千克滿足於反應堆減速劑標準的純淨重水，再加上德國人手中已有的重水，足以啟動一座反應堆。
經過一番籌謀，德國計劃將重水裝載至一些火車車廂，先透過鐵路運抵廷斯湖渡口，再將車廂裝載到廷斯湖水面日常往返的渡船上，渡船航行到達湖對岸後，這些車廂將掛上另一列火車，行駛前往達諾託登，最後被送往既定港口（門施塔特港），裝載上前往德國的輪船。
第二次行動中表現神勇的燕子行動隊，再次臨危受命，被要求儘快調查清楚德軍轉移行動的各項情報，他們很有可能需要攔截這批貨物。
所有人都一致認同必須破壞德國此次重水轉移行動，絕不能讓德國人得到這批重水，更不能讓他們將裝置轉移走，繼續製造更多的重水，這次破壞行動對戰爭而言至關重要。
1944年2月20日，頭一天晚上，燕子小隊三名成員成功潛入渡船，把可塑性炸藥和定時起爆裝置安裝在了船艙底部的位置，之後便悄悄下了船，消失在夜色之中。
次日早上8點，空氣中傳出了一陣陣汽笛聲，裝載著最後一批重水的火車到達港口，德國人沒有檢查渡船便將重水裝在了船上，上午十點，裝載完重水的渡船像平時一樣，螺旋槳開始轉動，攪渾了平靜的廷斯湖水面，在渡船離開45分鐘之後爆炸聲響起，輪渡劇烈搖晃著開始下沉，僅用了五分鐘，德國最後一批重水連同生產裝置一同沉入了挪威廷斯湖湖底，也同時把德國研製原子彈的希望一同沉入到了湖底。
【尾聲】
在接連遭到沉重的打擊之後，德國的原子彈計劃也就無法實施，甚至乾脆喪失了研製原子彈的信心，沒能研製出原子彈對於德國來說是非常不幸的，但對世界來說是非常幸運的。
最後，同盟國在這場原子彈研究的競賽中跑在了前面，直到自殺希特勒也沒能見到他渴望的超級武器的影子，而三個月後，一聲巨響改變了歷史的程序，這個時候率先嚐到原子彈滋味的是希特勒的盟友，日本。
戰爭結束後，有人懷疑，德國人其實早在事先得到了情報，提前將那40多個裝滿重水的容器掉包，真正的重水依然完好無損的被留在了渡口碼頭上，並安排了其它運輸路線。
21世紀，有人為了拍攝相關記錄片，特意來到挪威廷斯湖，把當時那些容器從湖底打撈出來一部分，經過檢測之後裡面確實裝的是重水，也證實了這段真實的歷史。