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气泡核聚变尚未被判科学死刑 争论盖过理论


http://www.sina.com.cn 2006年04月17日 10:40 中国新闻周刊

  文/方玄昌 冯亦斐 杨亮

  “一杯水里面可以产生如同太阳中心一样剧烈的反应,从而为人类提供源源不绝的能源。”

  这一近乎疯狂的想法来自于4年前美国《科学》杂志发表的一篇论文。当时在美国橡树
岭国家实验室做研究的拉什·塔拉亚克汉(Rusi Taleyarkhan)等人在2002年3月8日出版的《科学》杂志上报告说,他们使用“声致发光”的方法,在实验室中一个烧杯里实现了核聚变。

  实际上,这篇论文在发表之前、之后都一直伴随着激烈的争议,但由于将这一成果工业化(如果它真的可能的话)的前景过于诱人,塔拉亚克汉之后,全世界众多国家的相关专家都投入了这一领域的研究,期望能够重复塔拉亚克汉的实验,然后进一步发展这一技术。

  4年过去了,尽管这期间塔拉亚克汉又有两篇相关论文在国际其他著名的学术刊物上发表,但除了塔拉亚克汉本人之外,其他实验者都没有取得任何正面的结果。

  于是,2006年3月8日,与当年塔拉亚克汉在《科学》杂志上发表论文同样的日子,与《科学》同样重量级的权威学术刊物 英国《自然》杂志发表了一组文章,众多科学家在此质疑塔拉亚克汉的研究结论:烧杯里的核聚变很可能从来都没有发生过。

  难道,国际科学界又出现了一个黄禹锡?

  【争论盖过理论】

  20世纪30年代,德国科学家发现,当强大的声波作用于液体的时候,液体中会产生一种“声空化”现象——在液体中产生气泡,气泡随即坍塌到一个非常小的体积,内部的温度可以超过10万摄氏度,过程中会发出瞬间的闪光。这就是被称为“声致发光”的一种现象。

  进一步推测,科学家认为,如果声音的能量足够强,产生的气泡足够大,那么它坍塌后的温度就越高,甚至可能达到1亿摄氏度,从而引发核聚变反应——在地球上实现核聚变,目前知道的必要条件就是1亿摄氏度的高温。氢弹也需要获得这样的高温才能爆炸,人们通过原子弹爆炸来创造这一条件。显然,人类迄今无法控制、利用氢弹爆炸产生的能量。

  这就是“声空核聚变”(也被俗称为“气泡核聚变”)理论的来源。然而,在物理学上,10万度和1亿度有着本质的差别,“声空化”真的能够创造1亿度的高温吗?塔拉亚克汉的烧杯中真的发生核聚变了吗?本着对重大科学发现应该持特殊的谨慎态度这一原则,塔拉亚克汉的论文不可避免地成为科学界争论的焦点。

  在论文提交《科学》杂志之前,包括塔拉亚克汉当时的众多同事在内的很多专家都已经开始反对发表这篇论文,而《科学》杂志在同行评审这篇论文时,意见更是出现了巨大的分歧。用《科学》杂志上一篇文章的话来说,“围绕塔拉亚克汉等人论文的争论都足以引发核聚变了”。

  最终,《科学》杂志选择了在他们自己看来是“折中”的做法:发表论文,但不以它作该期封面文章。

  论文发表后,三位参与该论文同行评审的匿名审稿人,分别是加州大学洛杉矶分校的赛斯·帕特曼(Seth Putterman)、伊利诺伊大学的肯尼斯·萨司利克(Kenneth Suslick)以及华盛顿大学的劳伦斯·克拉姆(Lawrence Crum)教授,公开站出来批评《科学》发表这篇论文。他们认为,塔拉亚克汉的实验结果严重不可靠。

  塔拉亚克汉认为他的实验成功的主要依据是:他们在气泡的爆裂中探测到了中子,这是核聚变发生的证据。而其后,全世界众多试图重复其实验的人,按照他描述的做法,都没有得到这一结果。加州大学洛杉矶分校的研究者认为,塔拉亚克汉的实验是被污染了——他们探测到的中子来自于实验室周围放射性元素锎的衰变。据此他们认为:塔拉亚克汉实验中核聚变发生的可能性只有一千万分之一。

  《自然》杂志总结说,迄今为止,没有一项独立的研究能证实塔拉亚克汉的发现;更多的评估显示,如今物理学界已经普遍严重质疑塔拉亚克汉的研究成果。

  【中国专家:暂时不应该放弃】

  2004年4月 也就是塔拉亚克汉有关声空核聚变的第二篇论文发表不久,香山科学会议在北京召开以“声空化物理及在核聚变和声化学等方面应用”为主题的第222次学术讨论会。中国科学院声学研究所应崇福院士担任会议主席,并作了题为“声空化的特性和主要应用”的主题评述报告。会议重点讨论了声空化产生核聚变的可能性。

  “在那次会议上,对于声空核聚变,大家的意见是不能完全排除其发生的可能性。”应崇福告诉本刊记者。看得出来,现已88岁高龄的老院士对这一话题依然深为关注。“由于核聚变的能量对人类而言意义太大,哪怕是有一点可能,人们也要努力去尝试。”

  应崇福院士介绍说,目前中国有两个小组,分别在北京(中国原子能技术研究院)和上海(同济大学)做有关声空核聚变的实验,另外还有几个人在做这方面纯理论的研究。

  “到现在为止,中国这两个小组也还没有做出任何结果。与此同时,做纯理论研究的学者,通过计算得到的结论是:声空核聚变在理论上也行不通。实际上,就目前《自然》《纽约时报》等报刊发表的文章来看,对这一话题的争议、质疑并没有特别多的新内容,实验重复不了等问题几年来一直在争论。现在,物理学界普遍对它质疑有一个很大的原因就是它在理论上不行。”应崇福说。

  根据应崇福的描述,目前国际、国内做声空理论研究的专家普遍计算得到的声空内部极限温度为几十万度,少数专家认为可以达到百万度,距离核聚变发生所需要的温度都还很远。但是,应崇福同时又表示,现在这一理论并不完整,理论也在发展、也需要发展。

  应崇福认为,假如最终证明声空核聚变是可能发生的,那么,它实现起来有可能会比已经做了超过半个世纪实验的“激光核聚变”容易、方便些。综合上述多种因素,应崇福说,他不主张现在就要大家完全放弃这项研究。

  也正如应崇福所主张的那样,北京和上海两个实验小组的相关专家分别告诉本刊,尽管他们迄今没有做出结果,也很清楚国际上目前此项目所面临的态势——并且,中国原子能技术研究院的一位专家表示,他们倾向于认为塔拉亚克汉的实验是失败的 但他们并不打算放弃研究,《自然》这组文章对他们的工作并不会造成太大的影响。

  【责任在谁?】

  声空核聚变的争论最终又扯出一个老话题:与纯数理科学不同,现在很多实验科学的成果都需要重复实验才能最终检验其真伪,而有时这种重复往往又需要很高的代价,或者是在技术上很难被重复。如何解决这一难题?

  应该说,相比较其他领域一些实验而言,重复声空核聚变这个实验,需要付出的物质代价并不太大——所需要的实验资金也就只有几十万到几百万美金。这个实验带给人们更麻烦的是:它需要比较精致的实验条件,并且需要复合型的人才来做实验。应崇福说,你要验证前人的真伪,就需要比前人更为严格的实验条件。而这个实验牵扯到声学、物理学、化学、原子能科学等几种学科,适合做实验的是兼通这些学科的人,本来就很少。

  “美国国防部国防高级研究计划局确实提供资金给加州大学洛杉矶分校由赛斯·帕特曼主持的实验小组、伊利诺伊大学我自己的这个小组、以及一大笔钱给了普渡大学的塔拉亚克汉教授本人来进行实验,以求重复这个结果。”质疑者肯尼斯·萨司利克教授说,“但从整个事情的大框架来说,塔拉亚克汉教授工作的整个代价实际上是非常小的。对于一个科学结论,如果结果真的很重要,无论代价大小,他们最终将会被重复实验并得到验证。”

  “在科学界,类似黄禹锡这样的例子依然非常少,因为正如我们所见,真理现身后,在科学领域欺骗的后果就是被宣判了‘科学界的死刑’。我最大的抱怨是针对科学杂志的编辑过程的。塔拉亚克汉教授最初的结果的确应该被发表,但应该是发表在一家三流的期刊上。但很不幸,《科学》杂志发表了这些结果,而这带给它们的可信度远远超过了它们本身应得的。在我看来,科学杂志的编辑唐·肯尼迪应该受到像塔拉亚克汉教授一样的责备。”肯尼斯·萨司利克最后总结说。

  相关的实验却未必要马上放弃。

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