冷聚变(为什么冷聚变不可能)

这个几乎可以等同于“超级能量”的概念，最早提出于1989年，关于它是否真的存在的争论一直延续至今。正是因为一直没有确定的结果，科学界最权威的两大期刊《自然》和《科学》依然拒绝发表任何关于冷聚变的研究论文。主流物理圈一度认为冷聚变是伪科学。

如今，冷聚变研究迎来了一个重要的转折点:谷歌携手麻省理工学院等研究团队，决定再次启动“冷聚变”研究，这一研究的系列进展已经出炉。

重新审视1989年的“作弊”

根据麻省理工学院的官方声明，该项目旨在以科学严谨的方式研究冷聚变。其他参与的研究人员包括来自不列颠哥伦比亚大学、马里兰大学和劳伦斯伯克利国家实验室的科学家团队。

中国著名学者、麻省理工学院材料科学与工程教授蒋也将参与这项备受争议的技术研究。

图8材料科学与工程系京瓷教授蒋一鸣(来源:Tim Pumphrey)

30年前，冷聚变的首次出现点燃了人们对超级能源的希望。英国南安普顿大学的马丁·弗莱施曼和美国犹他大学的斯坦利·庞斯公开宣布，在中使用钯阴极电解重水时，观察到大量难以用化学反应解释的发热现象。他们用氘-氘聚变来解释这种常温下的“过热”现象，而氘-氘聚变需要上亿度的高温才能实现。他们称之为“冷聚变”。

也就是说，这种冷聚变颠覆了核聚变只能在超高温下进行的传统认知，这意味着它可能创造出无限的无碳能源，其他所有能源如煤、石油都将成为过去式。因此，这项研究引起了全世界的关注和热烈的讨论。许多科学家开始重复他们的实验，但是“冷聚变”再也没有出现。例如，此后，美国能源部的两份评估报告都没有发现这种现象的证据。

因为不能重复，两名声称发现“冷聚变”的科学家被认为是“骗子”。之后，两人也关闭了实验室，退出了科学界。“冷聚变”成为人类科学史上最具争议的案例，这个话题被搁置了30年(相比之下，科学家们一直在持续研究“热”聚变，包括与将聚变技术商业化的SPARC合作。

图|两个冷聚变支持者(来源:维基百科)

但是在小范围内，还是有人在做相关的研究。到2015年，谷歌开始资助有争议的冷聚变科学实验。由谷歌资助的科学家团队希望通过科学和严格的同行评审，重新探索冷聚变的可能性。最近发表在《自然》杂志上的一份进展报告也首次公开描述了该团队的相关研究。

这个团队包括来自各个合作机构的大约30名研究生、博士后和科学家，他们都可以访问彼此的数据和设备，并审查彼此的工作。尽管他们没有发现任何关于冷聚变的证据，但他们确实发现了关于金属-氢相互作用的新见解，这可能会影响低能核反应。研究团队对冷聚变的研究仍然非常感兴趣，希望他们的研究能够启发其他科学界人士为这一领域贡献数据。

研究人员表示，这些技术可能有利于能源研究。虽然冷聚变仍然没有实现，但团队仍然希望他们的工作能够激励其他人重新审视冷聚变实验。

谷歌研究项目经理马修·特里维西克说:“这不仅仅是追求冷聚变。如果是这样的话，我们不可能对这支球队感兴趣这么久。”特里维西克说，谷歌花了1000万美元支持这个项目，目标之一是在缺乏可靠科学数据的地区严格测试冷聚变。另一个目标是在具有挑战性的实验条件下推广研究方法。但他补充道:“我们的兴趣之一必须是取得伟大的研究成果。”

该团队探索了三种产生冷聚变的实验装置。两个涉及钯金属和氢气，另一个涉及金属粉末和氢气。在三个装置中没有发现冷聚变的证据。在过去的两年里，这些研究成果发表在12篇论文中:9篇发表在同行评议期刊上，3篇发表在arXiv印前服务器上。

一些科学家对谷歌项目带来的详细结果表示欢迎。但英国牛津大学理论物理学家弗兰克·克洛斯(Frank Close)表示，科学主流避开这个话题有很好的理由:没有人能独立再现发现，找出更有价值的话题。克洛斯说:“理论上，冷聚变是不可能的，大量成熟的科学研究也表明，冷聚变是不可能的。”1989年，克洛斯参与了原始实验的复制。

江回答了的三个关键问题。

(来源:A123)

这个团队的一个重要参与者是麻省理工学院的蒋教授。蒋不仅是全球材料科学领域的权威专家，也是电池和材料创新领域的领军人物。他创立了行业内著名的创业公司，如A123、Desktop Metal、24M等。在接受麻省理工学院官网采访时，蒋还回答了几个关键问题，特别是他为什么选择加入冷聚变研究以及迄今取得的进展。以下是对话全文:

问:为什么加入这个很多人都不会考虑的项目？

姜:2015年春天，谷歌研究院高级项目经理马特找到了我。他很谨慎，一开始甚至有点挑剔，然后他问了我一个问题——你觉得冷聚变怎么样？我对他的回答是，我对它的科学价值没有任何意见，因为1989年冷聚变失败的时候，我正在努力研究高温超导体，1986年到1987年也失败了。我们在实验室里对这个课题做了大量的研究，并与麻省理工学院的合作伙伴成立了一家公司。所以我能理解冷聚变的成败。然后马特问我是否对此感兴趣。

谷歌招募这个团队的时候，并没有规定我们应该做什么，而是让我们找到自己感兴趣的事情去做。我们写的所有提案都要接受内部审计。我对电化学感兴趣，尤其是固态电化学，它是一种非常强大的驱动力，可以创造出不同寻常的材料状态。我们之前已经将这个想法应用于高能电池和电化学驱动器，这是物质电化学处理的另一个有趣的领域。

这个项目是秘密进行的，我们不希望谷歌资助的事实干扰研究。在最初的几年里，他甚至没有告诉小组的其他成员他们在实验室进行储氢实验的真正原因。

团队中有一位博士后Ariel Jackson，他在最初的提案中发挥了重要作用。后来，博士后丹尼尔·雷滕万德和杰西·本克以及研究生大卫·杨加入。我们的共同想法是使用不同类型的电解质、液体、聚合物和陶瓷作为介质，并以电化学方式将氢注入钯金属，以实现最高可能的负载状态。我们还开发了一些技术，可以比以前更准确地动态测量负载。到目前为止，我们已经能够达到0.96的氢钯比，1的理论最大值和0.02的测量不确定度。这些结果刚刚发表在《材料化学》杂志上，我们在这项工作中采取了非常谨慎的措施，仅论文的补充信息部分就长达50页。

(资料来源:加勒比国家联盟)

问:你发现了什么？为什么团队选择现在发表研究成果？

答:《自然》明确指出，到目前为止，我们还没有找到令人信服的冷聚变证据。我们的目标严谨客观，我认为我们成功避免了任何形式的“确认偏差”。然而，我们也知道冷聚变所需的高氘浓度比我们预期的要困难得多。此外，该团队的研究还取得了许多其他发现，这些发现也适用于其他科学领域。

从一开始，谷歌的目标就是资助一个多机构合作项目，然后安静而密集地开展，最后在同行评议的期刊上发表研究成果。现在是时候宣布这个项目，告诉人们我们发现了什么，没有发现什么。我们还没有完成这个项目。很大程度上，这只是一个开始。我们希望其他人也能加入到围绕这一主题的材料科学、电化学和物理学的学习中来。

问:麻省理工学院的下一步计划是什么？

答:麻省理工学院的项目仍在进行中，我们正在寻找新成员加入这个团队。在过去三年的研究中，我们发现了一种利用电化学和材料科学制造高负载金属氢化物的新方法:钯，但也有其他金属。我们相信，我们已经发现了一些关键点，可以让我们创建以前无法访问的状态。如果我们能够控制这些物质的产生，它们将成为其他实验中非常有趣的目标材料，这些实验将在更广泛的项目中进行，例如，在劳伦斯伯克利国家实验室的等离子体放电装置中观察氘-氘聚变产生的中子。

挑战极限

目前学术界认为，核聚变只发生在像太阳这样的极端环境中，在这种环境中，高温高压可以使氢原子克服相互排斥，融合成氦，释放出巨大的能量。地球上的一些实验试图复制这种现象，但它们无法产生足够的能量来弥补反应时所需的大量能量。

低温下原子聚变的可能性很小。但是，如果可能的话，这种现象会带来很大的好处，因为它解决了核聚变的巨大能源需求。

研究人员追踪了三个他们认为足够可信的实验。在其中一个实验中，他们试图在钯中加入一定量的氘，这是引发聚变所必需的。但是在高浓度下，研究小组无法产生稳定的样本。

20世纪90年代，美国物理学家声称，用热氘离子脉冲轰击钯会产生异常水平的氚(另一种重氢同位素，仅由核反应产生)。谷歌对核特性的分析表明，实验没有产生氚。

最后一个实验包括在富氢环境中加热金属粉末。目前，一些冷聚变的支持者声称这一过程会产生多余的、无法解释的热量，他们认为这是元素聚变的结果。然而，在420次测试中，谷歌团队没有发现所谓的过热。

不过，研究人员表示，这两个涉及钯的实验值得进一步研究。他们认为氚实验中的假设效应可能太小，现有设备无法测量。该团队还表示，进一步的工作可以在极高的氘浓度下产生稳定的样品，这可能会导致有趣的现象。

特里维西克说，所有的项目都促进了实验方法的进步，包括开发“世界上最好的量热计”来检测极端实验条件下的轻微过热。这些可用于未来的测试。

新西兰奥克兰大学的电化学科学家大卫·威廉姆斯说:“我认为科学家们做得非常好，尤其是在如何控制这个有争议的话题上”。威廉姆斯认为，挑战测量科学的极限也很重要。Williams的团队也对原始语句做了一些复制研究，但失败了。

宁波诺丁汉大学电化学科学家陈南飞说，研究团队开发的钯负载技术也可能有助于研究人员提高电池和燃料电池材料的储氢能力。

图|知名大众媒体1989年实验报告(来源:互联网)

温哥华不列颠哥伦比亚大学的化学家柯蒂斯·柏林格特是这个项目的主要研究人员之一。他对“经典”冷聚变实验持怀疑态度。但他对这项工作感到兴奋，他认为新一代有创造力的科学家可以开发出一种方法来驱动低温下的聚变反应。有些人可能会严厉批评团队，但这个项目只探索了一个未开发的领域。因为偏见，这是科学的禁区，他说。“这是我们作为科学家应该做的。”