生命不是奇迹。它是一种自然现象，在任何条件与地球相同的行星上，都可以预期它会出现。
Harold Clayton Urey是一位美国物理化学家，他在同位素方面的开创性工作为他赢得了1934年的诺贝尔化学奖，以表彰他对氘的发现。他在原子弹的发展中发挥了重要作用，同时也为非生命物质中有机生命发展的理论做出了贡献。
Urey出生在印第安纳州的Walkerton，他在加州大学伯克利分校师从Gilbert N. Lewis学习热力学。1923年获得博士学位后，他获得了美国-斯堪的纳维亚基金会的奖学金，前往哥本哈根的Niels Bohr研究所学习。他曾是约翰霍普金斯大学的研究员，后来成为哥伦比亚大学化学系副教授。1931年，他开始从事同位素分离工作，最终导致了氘的发现。
在第二次世界大战期间，Urey将他对同位素分离的知识应用于铀浓缩问题。他领导了位于哥伦比亚大学的小组，开发了使用气体扩散的同位素分离方法。该方法得到了成功开发，成为战后早期唯一使用的方法。战后，Urey成为核研究所的化学教授，后来成为芝加哥大学的Ryerson化学教授。
Urey推测早期地球大气由氨、甲烷和氢组成。他在芝加哥的一名研究生是Stanley L. Miller，他在Miller–Urey实验中证明，如果这样的混合物暴露在电火花和水中，它可以相互作用产生氨基酸，这通常被认为是生命的基本成分。对氧同位素的研究导致了古气候研究这一新领域的开创。1958年，他接受了新成立的加州大学圣地亚哥分校UCSD的大型教授职位，并帮助创建了科学学院。他是UCSD化学学院的创始成员之一，该学院成立于1960年。他对空间科学的兴趣日益增加，当Apollo 11从月球带回月球岩石样本时，Urey在月球接收实验室对其进行了检查。月球宇航员Harrison Schmitt说Urey找他当志愿者参加单程月球任务，说"我会去的，我不在乎是否回不来。"
早年生活
Harold Clayton Urey于1893年4月29日出生在印第安纳州的Walkerton，是学校教师兼弟兄会部长Samuel Clayton Urey和他的妻子Cora Rebecca（娘家姓Reinoehl）的儿子。他有一个弟弟Clarence和一个妹妹Martha。Samuel患了严重的肺结核后，家人搬到了加州的Glendora，希望那里的气候能改善他的健康。当情况表明他即将去世时，家人搬回印第安纳州，与Cora的寡居母亲一起生活。Harold Urey六岁时Samuel去世了。
Urey在一所Amish小学接受教育，他在14岁时从该校毕业。随后他在印第安纳州的Kendallville高中上学。1911年毕业后，他从Earlham College获得了教师证书，并在印第安纳州的一所小校舍里教书。后来他搬到了蒙大拿州，他的母亲当时住在那里，他继续在那里教书。
1914年秋，Urey进入了Missoula的蒙大拿大学。与当时的东部大学不同，蒙大拿大学在学生和教师方面都是男女共校的。在那里Urey于1917年获得了动物学理学学士学位。
由于那一年美国参加了第一次世界大战，支持战争的压力很大。Urey在反对战争的宗教教派中长大。他的一位教授建议他通过从事化学工作来支持战时工作。Urey在费城的Barrett Chemical Company找了一份工作，制造TNT，而不是作为士兵参军。战争结束后，他作为化学讲师返回了蒙大拿大学。
学术生涯需要博士学位，所以1921年Urey在加州大学伯克利分校的博士项目中注册，在那里他师从Gilbert N. Lewis学习热力学。他最初的论文尝试是关于铯蒸汽的电离。他遇到了困难，Meghnad Saha在同一主题上发表了一篇更好的论文。Urey随后写了关于理想气体电离态的论文，该论文后来发表在《天体物理学杂志》上。1923年获得博士学位后，Urey获得了美国-斯堪的纳维亚基金会的奖学金，前往哥本哈根的Niels Bohr研究所学习，在那里他遇到了Werner Heisenberg、Hans Kramers、Wolfgang Pauli、Georg von Hevesy和John Slater。在他停留的结束时，他前往德国，在那里他遇见了Albert Einstein和James Franck。
回到美国后，Urey收到了哈佛大学国家研究委员会奖学金的邀请，也收到了约翰霍普金斯大学研究员的邀请。他选择了后者。在上班之前，他前往华盛顿州的西雅图探望他的母亲。在途中，他停在华盛顿州的Everett，在那里他认识一位叫Kate Daum的女性。Kate把Urey介绍给了她的妹妹Frieda。Urey和Frieda很快订婚了。他们在1926年于堪萨斯州Lawrence的她父亲的房子里结婚了。这对夫妇有四个孩子：Gertrude Bessie Elisabeth，出生于1927年；Frieda Rebecca，出生于1929年；Mary Alice，出生于1934年；和John Clayton Urey，出生于1939年。
在约翰霍普金斯大学，Urey和Arthur Ruark合著了《原子、量子和分子》（1930），这是最早的英文量子力学及其在原子和分子系统中应用的教科书之一。1929年，Urey成为了哥伦比亚大学化学系的副教授，他的同事包括Rudolph Schoenheimer、David Rittenberg和T. I. Taylor。
氘
在1920年代，William Giauque和Herrick L. Johnston发现了氧的稳定同位素。当时同位素还不被充分理解；James Chadwick直到1932年才发现中子。有两个系统被用来分类它们，基于化学和物理性质。后者是使用质量谱仪测定的。由于已知氧的原子量几乎恰好是氢的16倍，Raymond Birge和Donald Menzel推测氢也有不止一种同位素。根据两种方法结果之间的差异，他们预测只有4500个氢原子中的一个是重同位素。
1931年，Urey着手寻找它。Urey和George Murphy从Balmer序列计算出重同位素的线应该红移1.1到1.8埃（1.1×10−10到1.8×10−10米）。Urey可以使用一台21英尺（6.4米）光栅分光镜，这是一台最近安装在哥伦比亚的敏感仪器，能够分辨Balmer序列。分辨率为1埃每毫米，该机器应该产生约1毫米的差异。然而，由于只有4500个原子中的一个是重的，分光镜上的线非常微弱。因此Urey决定延迟发布他们的结果，直到他有更有力的证据表明它是重氢。
Urey和Murphy从Debye模型计算出重同位素的沸点会略高于轻同位素。通过仔细加热液态氢，5升液态氢可以被蒸馏到1毫升，这将使重同位素的浓度提高100到200倍。为了获得5升液态氢，他们前往位于华盛顿特区的国家标准局的低温实验室，在那里他们获得了Ferdinand Brickwedde的帮助，Urey在约翰霍普金斯大学时就认识了他。
Brickwedde发送的第一个样本在20 K（−253.2 °C；−423.7 °F）和1标准大气压（100 kPa）下蒸发；令他们惊讶的是，这没有显示浓缩的证据。Brickwedde随后准备了第二个样本，在14 K（−259.1 °C；−434.5 °F）和53 mmHg（7.1 kPa）的压力下蒸发。在这个样本上，重氢的Balmer线的强度增加了七倍。宣布发现重氢（后来命名为氘）的论文由Urey、Murphy和Brickwedde于1932年联合发表。Urey因"发现重氢"而获得1934年的诺贝尔化学奖。他拒绝出席在Stockholm举行的颁奖典礼，以便能够在他的女儿Mary Alice出生时在场。
与来自标准局的Edward W. Washburn合作，Urey随后发现了异常样本的原因。Brickwedde的氢是通过电解从水中分离出来的，导致样本枯竭。此外，Francis William Aston现在报告说他对氢原子量的计算值是错误的，因此推翻了Birge和Menzel的原始推理。然而，氘的发现依然成立。
Urey和Washburn试图使用电解来制造纯重水。他们的技术是正确的，但他们在1933年被Lewis击败了，后者拥有加州大学的资源。使用Born–Oppenheimer近似，Urey和David Rittenberg计算了含有氢和氘的气体的性质。他们将此扩展到富集碳、氮和氧的化合物。这些可以在生物化学中用作示踪剂，导致了一种全新的检查化学反应的方式。他于1932年创办了《化学物理杂志》，并担任其第一任编辑，直到1940年。
在哥伦比亚，Urey担任民主与知识自由大学联合会的主席。他支持大西洋主义者Clarence Streit提出的建立世界主要民主国家联邦的提议，以及西班牙内战期间的共和派事业。他是德国纳粹主义的早期反对者，并通过帮助难民科学家（包括Enrico Fermi）在美国找到工作并适应新国家的生活，为他们提供了帮助。
曼哈顿工程
到1939年欧洲第二次世界大战爆发时，Urey已被公认为同位素分离方面的世界专家。到目前为止，分离仅涉及轻元素。1939年和1940年，Urey发表了两篇关于重同位素分离的论文，其中他提出了离心分离。由于Niels Bohr推测铀235具有可裂变性，这获得了巨大的重要性。因为它被认为"在没有将235从其余铀中分离出来的情况下，建立连锁反应的可能性很小"，Urey开始了关于如何实现铀浓缩的深入研究。除了离心分离，George Kistiakowsky建议气体扩散可能是一种可行的方法。第三种可能是热扩散。Urey协调了所有同位素分离研究工作，包括生产重水的工作，重水可以用作核反应堆中的中子调节剂。
1941年5月，Urey被任命为铀委员会，该委员会作为国家防御研究委员会（NDRC）的一部分监督铀项目。1941年，Urey和George B. Pegram领导了一个外交使团前往英国，以建立在原子弹开发方面的合作。英国人对气体扩散持乐观态度，但显然气体和离心方法都面临着巨大的技术障碍。1943年5月，随着曼哈顿工程的推进，Urey成为了位于哥伦比亚的战时代用合金材料实验室（SAM实验室）的负责人，该实验室负责重水和除Ernest Lawrence的电磁工艺外的所有同位素富集工艺。
关于离心方法的早期报告表明它的效率不如预期。Urey建议使用更高效但技术上更复杂的逆流系统来替代先前的流通法。到1941年11月，技术障碍似乎足够严峻，以至于该工艺被放弃了。逆流离心机是在战后开发的，如今在许多国家是首选方法。
气体扩散工艺仍然更具有前景，尽管它也有技术障碍需要克服。到1943年底，Urey有700多人为他从事气体扩散工作。该工艺涉及数百个级联，其中腐蚀性六氟化铀通过气体屏障扩散，在每个阶段都逐步变得更加富集。一个主要问题是为泵找到合适的密封，但最大的困难在于构建合适的扩散屏障。巨大的K-25气体扩散工厂的建设早已开始，但直到1944年才能大量获得合适的屏障。作为备份，Urey支持了热扩散。
因工作劳累，Urey于1945年2月离开了该项目，将他的责任移交给R. H. Crist。K-25工厂于1945年3月开始运营，随着各种问题得到解决，该工厂以非凡的效率和经济性运营。
