奥本海默总是能抓到问题
本质。“奥比对物理学有良好洞察力，他随手在信封背面写写算算，就能得出主要结论……狄拉克会尽善尽美地完成自己工作，但那不是奥比风格。”他工作“又快速又粗糙，就像美国人制造机器方式
样”。
1932年，奥本海默之前在英国剑桥位老师拉尔夫·福勒到伯克利访问，这让他有机会观察这位昔日学生。到
晚间，奥本海默会说服福勒连玩几个小时挑圆片游戏，但是他把这个游戏改造得特别复杂。几个月后，当哈佛想要从伯克利挖走奥本海默时候，福勒写道：“因为粗枝大叶，他工作很容易出现各种错误，但是他工作原创性无人能及，并且他极大地推动理论物理学发展，这点在去年秋天
已经深有体会。”
奥本海默没有耐心在个问题上驻足太久，因此，经常是他先打开发现大门，而后来者取得重大发现。1930年，他基于些基本理论完成篇关于谱线无限性著名论文。氢原子谱线分裂表明，氢原子两种可能状态能级略有不同。狄拉克认为氢这两种状态应该具有完全相同能量。奥本海默在论文中表述他不同意这观点，但是他结论仍需进步验证。然而几年后，奥本海默博士生之、实验物理学家威利斯·尤金·兰姆解决这个问题。所谓“兰姆移位”准确地将两个能级之间差异归因于自相互作用过程，即带电粒子与电磁场相互作用。兰姆在1955年获得诺贝尔物理学奖，部分原因是他精确测量兰姆移位，这是量子电动力学发展关键步。
在这些年里，奥本海默撰写众多重要甚至是开创性论文，内容涉及宇宙射线、伽马射线、电动力学和正负电子对簇射。在核物理学领域，他和梅尔巴·菲利普斯计算出氘核诱导核反应会产生质子。菲利普斯出生于1907年，她在印第安纳州农场长大，是奥本海默第位博士生。他们这计算广为人知，被称为“奥本海默-菲利普斯过程”。“他是个智多星，”菲利普斯回忆道，“他从来没有做过伟大物理学研究，但是看看他和他学生起提出那些奇思妙想吧。”
当今物理学家致认为，奥本海默最令人惊叹、最具独创性工作是在20世纪30年代末完成关于中子星研究，天文学家直到1967年才第次观测到这种天体。最初是他与理查德·托尔曼友谊激发他对天体物理学兴趣，托尔曼把他介绍给在帕萨迪纳威尔逊山天文台工作天文学家。1938年，奥本海默与罗伯特·瑟伯尔合著篇题为“恒星中子核稳定性”论文，探讨被称为“白矮星”高度压缩恒星某些特性。几个月后，他与学生乔治·沃尔科夫合作，发表篇题为“关于大质量中子核”论文。奥本海默和沃尔科夫用计算尺千辛万苦地得出他们计算结果，他们认为这些中子星质量存在个上限——现在被称为“奥本海默-沃尔科夫极限”。超过这个限度，它们就会变得不稳定。
9个月后，也就是1939年9月1日，奥本海默和另位合作者，也是他另位学生哈特兰·斯奈德，发
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