水雷和“曼哈顿计划”

1937年，冯·诺伊曼宣誓加入了美国国籍。同年，日本全面发动侵华战争。接下来的两年里，德国吞并了奥地利和捷克斯诺伐克，意大利吞并了阿尔巴尼亚。希特勒军队侵入波兰，英国和法国对德宣战。此前，冯·诺伊曼已被邀请到马里兰州的阿伯丁，担任陆军机械部所属弹道试验场实验室顾问。迎接他的是一门新的学问—火炮弹道学，科学家们早就发现，炮弹穿越浓度变化的空气的运动阻力和轨迹是非线性方程。于是，冯·诺伊曼成了前计算机时代冲击波和弹道轨迹的计算者。

不过，直到1941年底日本偷袭珍珠港，冯·诺伊曼一直没有在阿伯丁花费太多精力，他相信英国能够暂时抵御德国的入侵，美国不会太早宣战。他继续撰写有关算子环的论文。期间他还涉猎天体物理学，与印度裔物理学家钱德拉塞卡（1983年诺奖得主）联名发表了一篇题为《恒星的无规则分布引起的引力场统计》的论文。闲暇时，冯·诺伊曼开始革新经济学，不过这得等战后才能发挥更大的作用。当然，他也为阿伯丁工作，与人合作写下诸如《逐次差分估计的可能误差》的研究报告。

这份报告使他成为最重量级的爆炸理论专家，待到美国参战以后，他更是声名鹊起，成为复杂爆破的计算大师。他在陆军机械部名声大震后，很快也被海军机械部盯上了。冯·诺伊曼被转到水雷作战处，3个月以后，他被派到英国工作，与第二任妻子乘上了轰炸机。英国之所以需要他，是因为德国人在英吉利海峡上布下了大量的水雷。狡猾的德国人设置了机关，在感应若干次以后才爆炸，其中的模式无法解破。这对冯·诺伊曼来说可谓是小菜一碟，他运用数学技巧轻而易举地完成了这项任务，避免了海军官兵无谓的牺牲。

到了1943年5月，华盛顿要求伦敦送他们最好的爆炸理论专家回国。冯·诺伊曼却希望在英国再待上一段时间，他在那里学到了许多空气动力学方面的知识，甚至觉得“我还对计算技术也有了不同寻常的兴趣”，最后一句话很可能意味着他已经见过图灵了，后者在普林斯顿大学攻读数学博士时，曾是冯·诺伊曼挑中的助手之一。可是，等到年中某个时候，美国还是强行召回了冯·诺伊曼。他的下一个任务令其无法抗拒，那牵涉到人类发明的分量最重的一个词—核。

冯·诺伊曼被任命为新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯实验室顾问，那以后，他便身兼四处职务了：普林斯顿、陆军机械局、海军机械局、洛斯阿拉莫斯实验室。冯·诺伊曼对投放日本的两颗原子弹的贡献究竟有多大呢？众所周知，核武器的研制要依靠集体的智慧和力量，第一个取得成功的美国人更不可能例外。先是冯·诺伊曼的布达佩斯老乡齐拉特在1933年“灵光乍现”，想到了链式反应。按照他的设想，以等比级数的数量形式释放中子，可以在几百万分之一秒内，在狭小的空间里释放出超出人类想象的巨大能量。

可当时，包括爱因斯坦、卢瑟福、玻尔在内的资深物理学家都轻视他的发现，爱因斯坦甚至开玩笑说，“原子能研究就如同在黑夜里开枪射中一只体形娇小且珍稀的鸟”。当时在伦敦一家医学院工作的齐拉特要求到英国海军部任职时，同样遭到了拒绝。1937年，齐拉特来到了美国。同年，“因认证出由中子轰击产生新的放射性元素以及他在这一研究中发现由慢中子引起的反应”而获得诺贝尔奖的意大利物理学家费米在斯德哥尔摩领奖后，也适时转移到了美国。

此时洛斯阿拉莫斯人才济济，除了“匈牙利四人帮”，还有玻尔、费米，以及实验室主任、土生土长的美国物理学家奥本海默。虽然冯·诺伊曼本人是出色的物理学家，但主要是对量子力学的数学化做出了贡献。他却通过自己的努力，成为物理学家最尊敬的数学家，指导了原子弹最佳结构设计，确保体积不大，可以装进一架轰炸机。与此同时，他还利用数字模拟实验，提出了实现大规模热核反应的方案。这不仅节约了时间，也节约了财力和物力。据说每次他来到实验室，同行都会把他团团围住，向他讨教某些计算问题。

经过一段时间的协作努力，科学家们确认，铀–235和钚–239是裂变的最佳材料。两者的区别在于，钚可以通过化学方法分离获取，而铀因其同位素有着相同的化学性质，只能一个个地分离原子。钚弹一个月可以制作两到三枚，而一枚铀弹需花费一年时间。他们曾遇到无法解决的难题，适用于铀弹的炮击法不适用于钚弹。冯·诺伊曼发挥了聚爆专家的作用，亲自设计了一枚由棱镜构成内爆的装置，在第一次核试验中获得了成功。

值得一提的是，当初美国计划投放原子弹的六个候选地点是：京都、广岛、横滨、东京皇宫、小仓军械库和新澙。冯·诺伊曼是决定投放地点的委员会成员，陆军部长对京都提出异议，认为京都既是故都，又是佛教和道教圣地，摧毁它会引起公愤。而且战后政治格局和经济形势恐会改变。接着横滨也被排除了，因为以往轰炸得够多了，且离东京太近，改由长崎代替。美国人意识到，投降的决定将在首都做出。1945年8月6日，铀弹“小男孩”投放广岛，三天以后，钚弹“胖子”投放长崎，第二次世界大战由此结束。