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7月15日迎来了战争中的又一个里程碑：舰队第一次炮击敌国本土。拂晓时，一支战列舰、巡洋舰、驱逐舰组成的舰队开到一座大型炼钢厂所在的釜石市近海，向炼钢厂开火。在两个小时的时间里，战列舰“南达科他号”“印第安纳号”“马萨诸塞号”打出的16英寸炮弹将铸造厂和高炉化成了一片废墟。第二天，另一支水面舰队炮击了北海道室兰市的日本钢铁公司和轮西冶铁厂。“密苏里号”战列舰也加入了炮击室兰的战斗编队，这令哈尔西得以坐到“前排佳座”来观赏这场“壮观的大戏”。[48]大火还蔓延到邻近的钏路市，烧毁了大约20个街区。根据“米克”卡尼的说法，他们完全没见到敌人的飞机，岸炮零星的还击也软弱无力。对此，他的结论是，日本肯定快要完蛋了：“我们可以随心所欲地把战列舰开到沿岸任何能炮击他们的地方，他们也无力做出有效的抵抗。因此很明显，我们打或不打也没什么区别了。”[49]
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在战争的最后几个星期里，日军的海岸侦察已近似于无。美军潜艇和舰载机击沉了他们的大部分海岸哨戒舰艇。他们的巡逻机和飞行员也所剩无几。“他们一派出飞机来侦察舰队，我们就把他打下来，”“贝劳伍德号”第31战斗机中队的“地狱猫”飞行员阿瑟·R.霍金斯回忆道，“第二天他们又会再来。他们把他派出来，如果他回不去，他们就知道舰队在这里。”[50]美军发现自己即便在日本海岸外目力可及之处行动都不会受到打击，便不再费力隐蔽行踪了。“已经没什么可打的了，”霍金斯说，“天上根本没有敌机。我们就改为轰炸，飞过去后投下炸弹，然后在周围盘旋，扫射地面上的人。”[51]
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7月16日，第38特混舰队退向东边，和加油船及后勤大队会合。这支庞大的舰队靠在舰队油轮侧旁，“喝”下了379 157桶燃油。同时还有6 369吨弹药和1 635吨补给物资从仓储船送进了舰队的弹药库和贮藏室。整个补给过程只用了大约18个小时。拉福德将军称此为“公海上出现过的最伟大的后勤壮举”。[52]此言不虚。
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7月17日，第38特混舰队杀回本州岛，舰载机突袭了东京湾和横须贺军港。它们蜂拥扑向锚泊在海湾内的战列舰“长门号”。在战争爆发和珍珠港遇袭之时，这艘战列舰曾是山本五十六大将的旗舰，但此时它已沦为一具焦黑、冒烟、倾斜的残骸。其他美军飞机轰炸扫射了整个区域里的各个机场，将未来的“神风”机摧毁在地面上。战列舰和巡洋舰开到海岸近旁，炮击了水户—日立地区。英国海军中将伯纳德·罗林斯麾下的英国太平洋舰队加入之后，美英两军的庞大舰队集体向濑户内海东半部的各个主要港口发动了协同进攻。他们还对锚泊在吴港外的日本舰队残余舰艇给予了格外的关注。
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日本海军此时已经瘫痪，不再对盟军构成威胁，但是盟军航空兵们决心算清这笔拖了44个月的旧账。舰队每一间待命室的小黑板上都用粉笔写着“牢记珍珠港”。“随你怎么说，”“米克”卡尼说，“这是我们所有人内心深处的心声，珍珠港之耻永远不会消弭，除非他们付出了足够的代价，除非他们被彻底消灭。”[53]在7月26日的决定性打击中，舰载机摧毁了锚地中的24艘日军军舰，有效清除了日本海军的最后残余。“到当天傍晚日落时，”哈尔西写道，“日本海军已不复存在。”[54]
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在这些最后的行动中，哈尔西常常向那些被派到第3舰队中的战争通讯员提到他的老生常谈，威胁说日本人想要和平就要接受复仇。被问及日本投降的条件时，他说裕仁要“为冒充神灵付出代价”。[55]他发誓要拿到天皇的那匹白马作为战利品。在接受《科利尔》杂志采访时，哈尔西说日本“不适合留在文明世界中”，他还提出要为每一个死于战俘营的美国战俘处死一个日本军官。[56]7月23日，他的金句“杀死更多的日本鬼”和他的面孔一起出现在了《时代》杂志的封面上。[57]禁止轰炸东京皇宫的禁令让哈尔西很愤怒。据卡尼说，这位第3舰队司令根本不想理会关于裕仁在战后可能对盟国有用这种“娘娘腔的主意”：“我们都知道，现在要做的事情就是抓到他，抓到这个头号鬼子，把他干掉。”[58]
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哈尔西的好斗言论令美国媒体很受用，但是却与盟军的主要宣传思路相悖并对其构成了威胁。哈尔西回到太平洋一周后，战争消息办公室发布的一份分析报告提出警告：
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日本人的士气正不断下滑，经过或长或短的一段时间后，就会达到足以使战争结束的程度。其中首要的可控因素是他们承受的军事压力，但是有一项重要的影响因素，就是日本人在多大程度上相信盟军想要：
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a.屠杀、折磨或奴役日本人民；
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b.摧毁日本人的生活方式，及其天皇和相关的价值观。[59]
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一整个夏天，哈尔西自己的舰载机也向日本投下了千百万份传单。这些文字想要让日本人看到，不远的前方就是战争结束后那和平、繁荣的未来。“美国不想伤害你和你的家人，”一张这样的传单写道，“美国不想要你们的国家。美国想要的只是终结侵略和世界和平。”[60]
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在国务院、军队和战争消息办公室的协同努力之下，美国人最终研究出了一整套对日“心理战”策略。战争消息办公室在关岛设立了传单制作部门，拥有数百名工人，配备印刷机，规模相当于一份大报。新鲜出炉的传单被装进500磅炸弹的弹壳里，它们会在地面上空4 000英尺处弹开。这样，一枚传单“炸弹”就能覆盖整个城市。根据战争消息办公室的估算，战争的最后三个月里，美军在日本投放了6 300万份传单。[61]
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所有传单围绕的都是几条中心思想：日本的军事失败不可避免，军国主义政府邪恶、虚伪、自私，和平将会令日本人民过得更好。盟军所有宣传都遵循着一个基本原则，就是完全不要提到天皇，所有的指责都指向“军阀”。日本的主要盟友纳粹德国已经彻底失败。现在日本已是孤军奋战，将要承受盟国的全部军事压力。这样的一份传单便很有代表性：“日本正面临着危局，盟国的所有力量都将用来对付它，它不觉得孤单吗？”[62]这些传单常常会饰以日本人喜欢的图案，比如富士山或者盛开的樱花。早期传单上印的语句过于僵硬而官方——“曲高和寡，难有实效”，一名分析人员如此评价。[63]但是在日裔“美二代”和其他语言专家也来参与解决这一问题之后，其文字就变得愈加流畅而易懂了。有些时候日本战俘也会协助起草或编辑文字。战争消息办公室主任埃尔默·戴维斯写道，所有宣传文稿都在重复三个核心思想——“我们来了，我们要赢了，而且从长远看我们赢了对所有人都会更好”。[64]
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除了传单，美军还在夏威夷和加利福尼亚建起了10万瓦特功率的短波无线电发射机，后来又用设在塞班岛北部海岸的5万瓦特无干扰信道无线电塔进行信号放大。战争消息办公室的广播都是反复播出，常常是在重复传单上的信息。战后研究显示，听到这些广播的日本人极少。最有效的广播宣传都是直接针对日本领导层的，其中最值得一提的是1945年6月至7月间的“扎卡利亚斯广播”。
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埃利斯·扎卡利亚斯是美国海军一名情报官，20世纪20年代曾在日本留学，能说一口流利的日语。他和太平洋舰队情报负责人埃德温·莱顿，以及中途岛大捷前在珍珠港领导密码破译团队的约瑟夫·罗奇福特是好友兼同僚。扎卡利亚斯相信东京的统治集团或许很难直接提出停战。于是他提出了一系列修改广播内容的方案，盟军或可至少先澄清“无条件投降”原则的含义。在一连数个星期的讨论之后，一批广播稿获得了国务院、战争消息办公室和参联会的批准。1945年5月8日——欧洲胜利日当天，扎卡利亚斯进行了第一次无线电播音。此后他每周广播一次，直到8月第一周最后一次播出，总共播放了14次。每次广播时扎卡利亚斯都会反复强调“无条件投降”指的只是“终结对抗的形式”，并不意味着要征服或奴役日本。他还引用了同盟国的其他声明，例如《大西洋宪章》和《开罗宣言》，这些文件都保证要施行普世人权和民族自决原则。扎卡利亚斯说，日本已经来到了一个岔路口，这个国家面临着二选一的选择：“一边是日本的彻底毁灭，之后是被支配的和平。另一边则是在《大西洋宪章》规定的权益之下无条件投降。”[65]
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扎卡利亚斯的第四次广播获得了日本政府官方发言人井上勇博士的直接回应。回应来自东京的短波无线电广播。其答复文字生硬、晦涩、含糊不清，但语气谦逊，而且没有拒绝关于和平谈判的建议。“日本将准备商讨和平条款，”井上说，“假若能对无条件投降原则进行些许调整的话。”[66]
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物理学家们早在40年前就知道原子中蕴含着巨大的能量。就在第二次世界大战爆发之前的几年里，试验显示金属铀的一种罕见同位素铀-235具有高度“易裂变”的特性，也就是说这种物质的中子能够穿透原子核的正电荷屏障，这一过程将释放出“自由”能量。核裂变很可能会成为一种廉价、无限的电能来源。但是这项重大发现也带来了一个更加可怕的前景——在某种自然界不具备的条件下，一定质量的纯铀-235能够在人为控制下触发链式反应，瞬间爆发出大量能量，爆炸当量可以达到2万吨TNT（梯恩梯）。非专业人员想方设法去理解这些物理学家说的是什么意思，大部分人出于本能对此表示怀疑。但是这一领域的领军科学家之间存在一个重要共识。他们警告说，原子能“超级炸弹”的理论基础是没问题的，造出这种武器所面临的严峻挑战也都可以克服，如果给予充足的资金、专家和工业规模的工程能力，那么或许几年就能造出来。
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对于人类而言，自然是别去触碰这种可怕的力量更为安全，但是没人敢指望阿道夫·希特勒也认同这一点。各国认为德国具有制造出原子弹所需的科技能力，而且盟军情报部门警告说，纳粹已经开始采取措施以获取所需的材料了。在进犯过程中，德国人控制了挪威的一座“重水”工厂，并开始在捷克斯洛伐克和比属刚果开掘铀矿。如果让希特勒获得了核武器，那么盟国是没有有效对抗手段的；即便纳粹独裁者的军队在常规军事方面被打得一败涂地，他也可以凭借核武器把自己的愿望强加给全世界。唯一的防卫措施就是拥有同样的可怕武器，获得可靠的对等反击能力。
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1941年美国参战时，英国在这一被其称为“合金管”的领域内已经取得了一定进展。丘吉尔和罗斯福二人同意联合两国的力量，在美国本土开展此项工作。1942年12月28日，罗斯福签署命令，启动工业化制造原子弹的整个系统。曾监督五角大楼建设工程的陆军工程师莱斯利·R.格罗夫斯上校被指派负责这一机密项目。这一项目被赋予了AAA级的第一优先级，这令格罗夫斯有权要求得到资金、资源和人员，而无须向任何人说明其用途。如果需要写这个项目的名称——比如填表什么的——格罗夫斯要他的职员们写上“曼哈顿工程区”，这是个小把戏，因为这个项目中没有任何一部分设在曼哈顿所在的纽约。
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为了给这个“曼哈顿工程”提供资金，史汀生和马歇尔起先用的都是各种传统武器研发项目的名义。但是到了需要在田纳西和华盛顿州建立庞大而昂贵的同位素分离工厂的时候，战争部长和陆军参谋长意识到他们要获得国会的同意。于是二人来到国会山，拜会了参众两院的领袖。史汀生模糊不清地讲了几句他自己也不怎么懂的深奥科学原理——不过他说国会议员们也是一样不明白，所以谈细节有何意义呢？战争部需要6亿美元，现在就要，而且不久后还要更多。出于保密，拨款的详细用途不能说，什么都不能告诉国会的各位议员。根据马歇尔的回忆，史汀生对这些立法委员说，他们要“相信我们的话，给我们这笔额外的钱是至关重要的，同等至关重要的是，关于这东西到底是什么，一个字都不能说”。[67]简言之，他们想为一个详情一片空白的项目讨到一张金额任意填写的签名支票，而且要到了。曼哈顿项目的总成本最终达到了20亿美元。
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伯克利的物理学家J.罗伯特·奥本海默主持着这个项目的研究中心，这座中心位于新墨西哥州洛斯阿拉莫斯一处戒备森严的偏远建筑群中，聚集了大批的专业人士和科学家。这里是一片不毛之地，被夹在岩石峡谷之间，西靠赫梅斯山脉，东边远处是桑格雷-德克里。通往这里的道路没有铺设路面，在春天雨季会很泥泞，有大量吉普车和军用卡车通行其上。研发工作是在技术区进行的，这是一片被围栏包围的办公楼和实验楼建筑群，大约有4个城市街区那么大面积。其外围是居住区，一片由预制构件盖起来的千篇一律的住房、洗衣房、食堂、学校和电影院。洛斯阿拉莫斯在战争期间一直在不断扩大，高峰时人口达到5 800人——这个小山村里满是倔强而积极的天才，其中有自然科学家、数学家、工程师，包括各个领域中的一些顶尖人物。虽然戒备森严——铁丝网、瞭望塔、检查站、拴着皮带的警犬、步枪上了刺刀的士兵——但洛斯阿拉莫斯却是个年轻而充满活力的社区，孕妇们推着婴儿车在人行道上漫步，一群群小孩在白色的护墙板旁晃荡。这里的许多居民都来自欧洲，为了逃避第三帝国的虎狼之师而来到此地，因此他们出现在这里对纳粹来说有一层报应的意味。
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开发人员面临的第一个问题是将铀的两种主要同位素分开，获得高纯度的“临界质量”铀-235同位素，这种同位素更轻，也更为稀有。从一开始就没人能准确说出临界质量是多少。估计的范围低至1磅左右，高至200磅上下。如果最终的数字落在这一估算范围的低端，那么原子弹或许就是可行的；而如果落在高端，那它所需的工业工程资源可能就是任何国家都不能承受的了，至少在预估的战争持续时间内是如此。从这个意义上说，曼哈顿工程是在对失败的可能性有充分认识的情况下进行的。铀-235这种物质从来不会以纯净物的形态出现，除非是在亚微观的数量级上。有几种可能的浓缩手段：前三个选项是汽化、化学反应和热辐射。第四种可能方式的发现则是一项重大突破，这种方式是将铀-238转化为钚，这是一种全新而且极易裂变的元素，可以更容易地从其余铀中分离出来。然而无论用哪种方法，想达到制造原子弹所需的武器级浓度都绝非易事，没有捷径可走。上述所有浓缩方法都需要巨量的工业工程资源。
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拿到美国纳税人给的金额无限的支票之后，项目总监决定同时尝试所有可能的方法。于是，田纳西州的橡树岭建起了一座占地5.6万英亩的巨大的铀浓缩工厂。选址于此一方面是因为这里地处偏远，另一方面也是由于耗能巨大的“铀同位素分离器”能够从附近的田纳西河谷管理局获取电能。钚项目建在华盛顿州里奇兰附近的汉福德机器制造厂里。这里位于哥伦比亚河西北方一处偏僻的灌木区，可以从河里获得充足的水以冷却反应器。这里的建筑规模即使按照曼哈顿工程的标准来看也很庞大，汉福德厂区里建起了超过1 200座建筑。在建筑阶段，这一秘密营地里有超过6万人，使得里奇兰成了美国人口第四大市。[68]
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洛斯阿拉莫斯的科学家们面临的第二个难题是把两块裂变物质几乎瞬间融到一起，达到足以启动可持续链式反应的临界质量。两块物质必须以极高速度融为一体，否则未等它们充分融合，链式反应就会开始，这样爆炸威力就会小得多，甚至没有威力。装有裂变物质的起爆机构必须装在小到能够由飞机装载和投掷的金属箱体里。最初的方案是用常规炸药以“双枪”的形式把分成两半的亚临界物质打到一起。但是1944年7月，科学家们发现钚很容易自发启动裂变，这样简单的枪式起爆机构只会引发微弱的“咝咝”声而非威力全开的核爆。解决方案是使用一套复杂的透镜系统制造一圈向心对称聚爆冲击波。这方面的工作出现了延误，有些被派到此处的科学家实际上已经对解决这一问题绝望了。得益于匈牙利数学家约翰·冯·诺依曼的理论贡献和俄罗斯出生的化学家格奥尔基·奇斯佳科夫斯基的工程实践，经过反复尝试，一套实用的聚爆式引爆装置最终在1945年春准备就绪。