谷歌聯(lián)手麻省理工學(xué)院研究冷聚變 進展才得以發(fā)布

冷聚變（Cold Fusion），是指在室溫和相對簡單的臺式設(shè)備條件下發(fā)生核聚變反應(yīng)。

這個幾乎可以等同于“超級能源”的概念于 1989 年首次提出后，關(guān)于其是否真實存在的爭論便一直延續(xù)至今，也正由于從來沒有得到過確定的結(jié)果，Nature 和 Science 這兩本科學(xué)界最權(quán)威的雜志，至今依舊拒發(fā)任何冷聚變研究論文。主流物理學(xué)界一度認為，冷聚變是偽科學(xué)。

而現(xiàn)在，冷聚變研究迎來了一個重要拐點：谷歌聯(lián)手麻省理工學(xué)院等研究團隊決定再度發(fā)起對于“冷聚變”的研究，該研究的系列進展已經(jīng)得以發(fā)布。

重新審視的 1989 年“騙局”

根據(jù)麻省理工學(xué)院的官方說法，該項目旨在以科學(xué)嚴謹?shù)姆绞窖芯坷渚圩儭Ｆ渌麉⑴c的研究人員還包括來自英屬哥倫比亞大學(xué)、馬里蘭大學(xué)、勞倫斯伯克利國家實驗室的科學(xué)家團隊。

著名華人學(xué)者、麻省理工學(xué)院材料科學(xué)與工程教授蔣業(yè)明也將加入對這項爭議技術(shù)的研目中。

30 年前，冷聚變的首次亮相點燃人們對超級能源的希望。英國南安普頓大學(xué)的和 Martin Fleischmann、美國猶他大學(xué)的 Stanley Pons 公開宣布，在用鈀陰極電解重水時觀測到了難以用化學(xué)反應(yīng)來解釋的大量熱產(chǎn)生。他們用氘氘聚變來解釋這個常溫中的“超熱”現(xiàn)象，而氘氘聚變需要上億度高溫才能實現(xiàn)。兩人將其稱之為“冷聚變”。

也就是說，這種冷聚變顛覆了核聚變必須在超高溫下才能進行的傳統(tǒng)認知，這意味著它可能創(chuàng)造無限的無碳能源，煤炭、石油等一切其他能源將成為過去時。也正因此，這個研究得到了全世界的關(guān)注和熱議，許多科學(xué)家開始重復(fù)二人的實驗，但“冷聚變”卻沒再出現(xiàn)過，例如自那以后，美國能源部的兩份評估報告都沒有發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象的證據(jù)。

由于無法重復(fù)，兩位宣稱發(fā)現(xiàn)“冷聚變”的科學(xué)家也因此被認為是“騙子”。之后兩人亦關(guān)閉了實驗室，退出科學(xué)界?！袄渚圩儭背蔀槿祟惪茖W(xué)史上最具爭議的一段公案，這個話題被擱置了 30 年 (相比之下，科學(xué)家對“熱”聚變的研究一直在持續(xù)，包括與將聚變技術(shù)商業(yè)化的 SPARC 公司合作。)

但小范圍內(nèi)，還是有人在進行相關(guān)的研究。到了 2015 年，谷歌開始資助有爭議的冷聚變科學(xué)實驗。由谷歌資助的科學(xué)家團隊，希望通過科學(xué)嚴謹?shù)耐性u議，重新探討冷聚變的可能性。最近發(fā)表在 Nature 上的一份進展報道，也首次公開描述了該團隊的相關(guān)研究。

這個團隊包括來自各個合作機構(gòu)的大約 30 名研究生、博士后和科學(xué)家，所有人都可以訪問彼此的數(shù)據(jù)和設(shè)備，并可以相互審查對方的工作。雖然他們還沒有發(fā)現(xiàn)任何有關(guān)實現(xiàn)冷聚變的證據(jù)，但他們確實發(fā)現(xiàn)了有關(guān)金屬-氫相互作用的新見解，這種相互作用可能會影響低能量的核反應(yīng)。研究小組仍然對冷聚變的研究很感興趣，并希望他們的研究能激勵其他科學(xué)界的人士為這一領(lǐng)域貢獻數(shù)據(jù)。

研究人員稱這些科學(xué)技術(shù)可能有益于能源研究。盡管冷聚變?nèi)匀晃茨軐崿F(xiàn)，該團隊還是希望他們的工作能激勵其他人重新審視冷聚變實驗。

谷歌研究項目經(jīng)理 Matthew Trevithick 說：“這不僅僅是對冷聚變的追求，如果是這樣的話，我們不可能對這個團隊保持這么長時間的興趣。”Trevithick 說，谷歌耗資 1000 萬美元支持這個項目，一個目標(biāo)是在缺乏可靠科學(xué)數(shù)據(jù)的領(lǐng)域嚴格測試冷聚變。另一個目標(biāo)是在具有挑戰(zhàn)性的實驗條件下推廣研究方法。但他補充稱：“我們的興趣之一，肯定是取得巨大的研究成果。“

團隊探索了三種用來產(chǎn)生冷聚變的實驗裝置。兩種涉及鈀金屬和氫，另一種涉及金屬粉末和氫。三種裝置都沒有發(fā)現(xiàn)冷聚變的證據(jù)。在過去的兩年里，這些研究結(jié)果發(fā)表在了 12 篇論文中：9 篇發(fā)表在同行評審的期刊上，3 篇發(fā)表在 arXiv 預(yù)印本服務(wù)器上。

一些科學(xué)家對谷歌項目帶來的詳細成果表示歡迎。但英國牛津大學(xué)理論物理學(xué)家 Frank Close 表示，科學(xué)主流回避這一話題有充分的理由：沒有人能夠獨立重現(xiàn)這一發(fā)現(xiàn)，并且找出更有價值的話題。Close 說：“理論上冷聚變是不可能的，而且有大量成熟的科學(xué)研究也表明，冷聚變是不可能的?！?989 年 Close 參與了重現(xiàn)最初實驗。

蔣業(yè)明回應(yīng) 3 個關(guān)鍵問題

這支團隊中的一名重要參與者，正是來自麻省理工學(xué)院的蔣業(yè)明教授。蔣業(yè)明不但是全球材料科學(xué)領(lǐng)域的權(quán)威專家，也是電池、材料創(chuàng)新的領(lǐng)導(dǎo)者，曾經(jīng)先后創(chuàng)辦過 A123、桌面金屬、24M 等業(yè)內(nèi)著名初創(chuàng)公司。在接受麻省理工學(xué)院官網(wǎng)采訪時，蔣業(yè)明亦回應(yīng)了幾個關(guān)鍵問題，尤其是在為何選擇加入冷聚變研究以及目前所取得的進展上，以下為對話全文：

問：為何加入這個許多人都不會考慮的項目？

蔣業(yè)明：2015 年春天，Google Research 的高級項目經(jīng)理 Matt Trevithick 找到了我，他非常謹慎，一開始甚至有點挑刺，然后他問了我一個問題——你對冷聚變怎么看。我對他的回答是，我對它的科學(xué)價值沒有任何看法，因為在 1989 年，當(dāng)冷聚變失敗時，我正在全力研究高溫超導(dǎo)體，它也在 1986 年至 1987 年失敗了。我們在實驗室里對這個課題進行了大量的研究，并且和麻省理工學(xué)院的合作者們成立了一家公司。所以冷聚變的成功和失敗，我是可以理解的。然后 Matt 問我是否對這個感興趣。

谷歌招募這個團隊時，沒有規(guī)定我們做什么，而是讓我們找感興趣的事情去做。我們寫的提案都是經(jīng)過內(nèi)部審核的。我感興趣的是電化學(xué)，尤其是固態(tài)電化學(xué)，它是一種非常強大的驅(qū)動力，可以創(chuàng)造出不同尋常的物質(zhì)狀態(tài)。我們之前已經(jīng)把這個想法應(yīng)用到高能電池和電化學(xué)驅(qū)動器上，這是電化學(xué)處理物質(zhì)的另一個有趣的領(lǐng)域。

這個項目是秘密進行的，不希望谷歌資助的事實成為研究的干擾。在最初的幾年里，他甚至沒有告訴小組的其他成員他們在實驗室里進行儲氫實驗的真正原因。

團隊中有一名博士后 Ariel Jackson，他在最初的提案中發(fā)揮了重要作用。后來，博士后 Daniel Rettenwander 和 Jesse Benck、研究生 David Young 加入。我們共同追求的理念是使用不同類型的電解質(zhì)、液體、聚合物和陶瓷作為介質(zhì)，通過電化學(xué)方式將氫注入鈀金屬中，以達到盡可能高的負載狀態(tài)。我們還開發(fā)了一些技術(shù)，可以比以前更精確、更準確地動態(tài)測量負載。到目前為止，我們已經(jīng)能夠達到 H:Pd 比值為 0.96，其理論最大值為 1，測量不確定度為_+_0.02。這些結(jié)果剛剛發(fā)表在了《材料化學(xué)》(Chemistry of Materials) 雜志上，我們在這項工作中采取了十分謹慎的措施，光是論文的補充信息部分就長達 50 頁。

問：你們發(fā)現(xiàn)了什么? 為什么團隊選擇現(xiàn)在出版研究成果?

答：Nature 雜志明確指出，到目前為止，我們還沒有發(fā)現(xiàn)令人信服的冷聚變證據(jù)。我們的目標(biāo)是嚴謹客觀，我認為我們已經(jīng)成功地避免了任何形式的“確認偏見”。然而，我們也了解到，冷聚變所需的高氘濃度比我們預(yù)想的要難得多。而且，團隊的研究做出了許多其他的發(fā)現(xiàn)，同時也適用于其他科學(xué)領(lǐng)域。

谷歌從一開始的目標(biāo)就是資助一個多機構(gòu)合作的項目，然后悄無聲息而又緊鑼密鼓地進行，最后在同行評審的期刊上發(fā)表其研究結(jié)果?，F(xiàn)在剛好是時候公布這個項目，告訴人們我們發(fā)現(xiàn)了什么，沒有發(fā)現(xiàn)什么。這個項目我們還沒有完成，很大程度上這只是一個開始。我們希望其他人加入到研究材料科學(xué)、電化學(xué)和圍繞這個主題的物理學(xué)中來。

問：麻省理工學(xué)院的下一步計劃是什么?

答：麻省理工學(xué)院的項目還在進行中，我們正在尋找新的成員加入這個團隊。我們在過去三年里的研究，找到了利用電化學(xué)和材料科學(xué)創(chuàng)造高負載金屬氫化物的新方法：鈀，但也還有其他金屬。我們相信，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了某些關(guān)鍵點，可以讓我們創(chuàng)建以前無法到達的狀態(tài)。如果我們能控制這些物質(zhì)的產(chǎn)生，它們將會成為其他實驗中非常有趣的目標(biāo)材料，這些實驗將會在更廣泛的項目中進行，例如，在勞倫斯伯克利國家實驗室的等離子體放電裝置中觀察氘-氘聚變產(chǎn)生的中子。

挑戰(zhàn)極限

目前，學(xué)界認為核聚變只發(fā)生在像太陽這樣的極端環(huán)境中，在這種環(huán)境下，高溫和高壓可以使氫原子克服相互排斥，融合成氦，并釋放出巨大的能量。地球上的一些實驗試圖復(fù)制這一現(xiàn)象，但還不能產(chǎn)生足夠的能量來彌補它們反應(yīng)時所需要的大量能量。

原子在低溫度下發(fā)生聚變的可能性是微乎其微的。但是，如果可能的話，這種現(xiàn)象將帶來巨大的好處，因為它解決了核聚變的巨大能量需求。

研究人員對三種他們認為足夠可信的實驗進行了追蹤。在其中一個實驗中，他們試圖往鈀中加入一定假設(shè)量的氘，這些是觸發(fā)聚變所必需的。但在高濃度下，研究小組無法創(chuàng)造穩(wěn)定的樣本。

上世紀 90 年代，美國物理學(xué)家聲稱用熱氘離子脈沖轟擊鈀，產(chǎn)生了異常水平的氚 (另一種重氫同位素，僅通過核反應(yīng)產(chǎn)生)。谷歌對核特征的分析表明，該實驗沒有產(chǎn)生氚。

最后一個實驗包括在富氫環(huán)境中加熱金屬粉末。目前一些冷聚變的支持者聲稱，這個過程會產(chǎn)生多余的、無法解釋的熱量，他們認為這是元素融合的結(jié)果。但是在 420 次測試中，谷歌團隊沒有發(fā)現(xiàn)所謂的熱量過剩。

但研究人員表示，這兩種涉及鈀的實驗都值得進一步研究。他們認為，氚實驗中假設(shè)的效應(yīng)可能太小，無法用現(xiàn)有設(shè)備測量。該團隊還表示，進一步的工作可以在極高的氘濃度下產(chǎn)生穩(wěn)定的樣品，這樣可能會發(fā)生有趣的現(xiàn)象。

Trevithick 說，所有的項目都推動了實驗方法的前進，包括開發(fā)“世界上最好的熱量計”來檢測極端實驗條件下輕微的熱量過剩。這些可能會用于未來的測試。

對于這支正在挑戰(zhàn)極限的隊伍，新西蘭奧克蘭大學(xué)的電化學(xué)家 David Williams 表示：“我認為科學(xué)家們做得非常好，尤其是在他們?nèi)绾务{馭這個有爭議的話題上”。Williams 認為，挑戰(zhàn)測量科學(xué)的極限也很重要。Williams 的團隊對最初的聲明也進行過一些復(fù)制研究，但是失敗了。

諾丁漢大學(xué)寧波分校的電化學(xué)家 George Chen 表示，研究小組開發(fā)的裝載鈀的技術(shù)，也可能幫助研究人員提高電池和燃料電池的材料的儲氫能力。

溫哥華英屬哥倫比亞大學(xué)的化學(xué)家 Curtis Berlinguette 是該項目的主要研究人員之一，他對“經(jīng)典”的冷聚變實驗持懷疑態(tài)度。但他對這項工作感到興奮，他認為新一代有創(chuàng)造力的科學(xué)家可以開發(fā)出在低溫下驅(qū)動聚變反應(yīng)的方法。有些人可能會對團隊做出嚴厲的批評，但該項目只是探索了一個尚未開發(fā)的領(lǐng)域。由于偏見，這是科學(xué)禁區(qū)，他說。“這是我們作為科學(xué)家應(yīng)該做的?！?/p>