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什么是冷聚变?它可能吗?

对早已被否定的冷聚变能源的探索可能正在迎来“第二春”,尽管其合法性仍存疑问。

作者:Cody Cottier
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图片来源:klyaksun/Getty Images

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柯蒂斯·伯林圭特 (Curtis Berlinguette) 在青少年时期第一次听说冷聚变。这个概念是指在室温下产生核能,而不是像太阳炙热核心那样产生高温。

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“我父亲在一本杂志上读到它,说它将改变世界,”伯林圭特回忆道。

这似乎是一个合理的结论。

冷聚变能源

1989 年春天,两位电化学家声称他们在实验室条件下将氢原子聚变成氦。如果人类掌握了这种能源,一种强效且无排放的化石燃料替代品,我们现在可能就不会处于环境灾难的边缘。

但后来的实验未能复制他们的发现。主流学术界对其置之不理,关于冷聚变的炒作也随之消退。核聚变,另一方面,在去年年底取得了重大突破,当时美国政府在 12 月宣布其首次实现了聚变点火

现在的英属哥伦比亚大学化学家伯林圭特,在谷歌的邀请下,正在帮助重振对冷聚变的研究。


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冷聚变可能吗?

自 2015 年以来,在科技巨头的资助下,伯林圭特和大约 30 名同事的团队培育了一场复兴。

他们——就像他们之前的许多人一样——仍然没有证明冷聚变现象的存在。但伯林圭特认为现在放弃还为时过早,并指出冷聚变研究,即使在最坏的情况下,也可能提供关于有用材料的新信息。

在最好的情况下,更重要的是,它可能引发一场能源革命。

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“要做出根本性的新发现,”他说,“一项开创一个全新领域或解决一个巨大问题的发现,需要我们承担风险。”

一个有争议的说法

1989 年初,来自犹他大学的马丁·弗莱施曼 (Martin Fleischmann) 和斯坦利·庞斯 (Stanley Pons)宣布他们实现了冷聚变后,冷聚变一夜成名。

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两人报告说,当他们将电流通过浸入重水中的金属棒时,产生的能量远远超过了已知的化学反应所能解释的。此外,他们在装置附近检测到了散射的中子,这是聚变的另一个明显迹象。

这些异常现象使他们怀疑存在一种前所未见的核机制。

他们的同行理所当然地持怀疑态度。理论上,这个说法是荒谬的。

什么是冷聚变?

为了发生聚变(无论是热聚变还是冷聚变),原子核需要突破库仑势垒:即它们获得足够能量以克服它们之间的电排斥的阈值,从而使强核力将它们拉在一起,并在此过程中根据 E = mc2 原理释放巨大的能量。

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在如此低能量的情况下,没有明确的理由说明这可能发生。我们所知的聚变发生在恒星中,温度约为 3000 万华氏度——这绝不是一个简单的实验。

在尝试复制弗莱施曼和庞斯的实验失败几个月后,科学界迅速关闭了他们的思想。对冷聚变感到好奇可能会引起怀疑,招致嘲笑,甚至可能破坏职业生涯。

尽管如此,这扇门已经被打开,一小群信徒自那时以来一直寻求证据,有时被重新包装为低能量核反应 (LENR)。

搜索仍在继续

迈克尔·麦克布雷 (Michael McKubre) 是一位著名的信徒,他认为拒绝是过早的。

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2015 年对那些早期冷聚变实验的回顾中,他说“整个事件在 40 天内就被报道并被全面驳斥了”,并以科学格言总结道:“没有证据不等于没有证据。”

谷歌团队逐渐同情这一观点,部分原因在于创造适合冷聚变的条件非常困难。他们怀疑第一批复制尝试没有做到这一点,甚至质疑后续的任何研究是否做到。

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谷歌团队的发现

特别是,他们对弗莱施曼-庞斯实验中的一个主要障碍印象深刻。麦克布雷和他在 SRI 国际的同事在 20 世纪 90 年代进行了许多实验,并且只在将钯棒装满氢原子并超出特定阈值时才检测到过剩热。

但是,正如伯林圭特解释的那样,“这个系统是不稳定的。很难将这些条件保持在稳定的状态足够长的时间,以进行可靠和可重复的测量。”

谷歌的研究人员认为,没有更一致的方法,就无法得出明确的答案。

“对冷聚变的持续怀疑是有道理的,”他们在2019 年首次出版的论文中写道,“但我们认为,在完全排除该现象之前,需要对相关条件进行进一步调查。”

新见解,新技术冷聚变

十年前,一篇关于冷聚变的评论出现在享有盛誉的《Nature》杂志上,这将是令人震惊的。伯林圭特说,由于近几十年来冷聚变是禁忌,许多年轻科学家甚至从未听说过它。

尽管伯林圭特和他的同事们没有发现任何明确的过剩热迹象(即冷聚变的可靠证据),但他表示,他们的工作并非徒劳。

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冷聚变反应堆

根据他们获得的见解,他们已经开发了一个名为 Thor 的反应堆,该反应堆能够利用可再生电力制造有价值的化学品和燃料。

他认为,这就是冷聚变研究的真正价值:无论最终会发现什么,这个过程都涉及到在极端条件下对材料的探索。而这反过来又可能带来各种意想不到的创新。

“这不是一个非此即彼的事业,”他和他的同事们写道。“即使我们没有找到一种变革性的能源,这种对远离平衡物质的探索也可能会对未来的能源技术产生重大影响。”


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  • Cody Cottier

    Cody Cottier是《发现杂志》的自由撰稿人,经常报道关于动物行为、人类进化、意识、天体物理学和环境的新科学研究。 

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