« »

среда, 30 ноября 2011 г.

Холодный термояд - возможен? Он вообще реален или нет?


Астрономы - люди очень разные, как, впрочем, и все остальные. Вы вряд ли сейчас сыщете чудака не от мира сего в колпаке со звездами, сидящего у окуляра всю ночь, а наутро пристающего к "нормальным" с дурацкими вопросами или лекциями об устройстве мира.

У астронома теперь есть офис, куда он ездит на своей машине на работу, факс-копир, лазерный принтер и даже босс в соседнем кабинете, у которого есть график, план в MsProject и возможно, я подозреваю, какие-то горящие сроки.

Ну то есть снаружи они как все. Здесь тоже есть косноязычие, человеческие слабости и, наконец, просто зависть - впрочем, наша история здесь не об этом. 

Этан Зигель - один из самых выдающихся популяризаторов современной науки - очень неформальный и всегда знающий, о чем он пишет в блоге. Я что называется "запал" на его блог уже давно, и каждый раз он не устает меня удивлять ясностью изложения с виду очень трудного для растолкования кому-то несведущему (например, журналисту) каких-то продвинутых, интересных вещей что называется, с переднего края науки.
Впрочем, предисловие уже затянулось. А речь сегодня у нас пойдет о холодном термоядерном синтезе - теме в науке столь же скандальной, как, например, торсионные поля. Признаться, я давно не следил, что у нас в этой области, потому буду переводить его статью с большим интересом. 

И тут я уступаю слово г-ну Зигелю.

Итак,




"Между холодным термоядерным синтезом и респектабельной наукой нет практически никакой связи... потому что холодные термоядерщики все время считают, что находятся в осаде общественности, с очень малой степенью внутреннего критического мышления. Существует тенденция принимать эксперименты и теории как есть, из страха подлить масла в огонь для внешней критики, если кто-то бы снаружи их группы захотел бы тратить на них свое время. В таких условиях усиливается накал идиотии, что ставит еще больше проблем перед теми, кто верит, что это - серьезная наука." 
- Дэвид Гудштейн (David Goodstein) 

Хочу рассказать вам историю, которая началась в 1770 году, задолго до того, как появились не только идея термоядерного синтеза, но и теория атомного ядра или даже современная теория атома . Наша история начинается с Турка - машины для игры в шахматы, изобретенной Вольфгангом фон Кемпеленом.


(Image credit: copper engraving by Karl Gottlieb von Windisch.)

Почти за два века до изобретения современного компьютера Турок мог играть в шахматы на очень серьезном уровне, выигрывая большинство игр и побеждая всех лучших игроков своего времени. Естесственно, его сразу же заподозрили в мистификации, но многочисленные показы машины, как казалось, обнаруживали не только замечательные навыки игры в шахматы, но и способность предсказывать неверные шаги. Как заметил один из побежденных, его попытка жульничать, "сходив Королевой как Конем, не произвела никакого впечатления на механического оппонента, который просто взял мою Королеву и переместил ее в первоначальное положение." 


(Image credit: Reconstruction of the Turk, Carafe at en.wikipedia.)

Турок  -- который по идее должен был бы являться исключительным изобретением парового панка - требовал звука работающего двигателя, идущего изнутри. В дополнение к нижним ящикам, в которых были доска и фигуры, у него было шесть дверец, три спереди и три сзади. За левой дверцей, как показано на снимке вверху, находился целый комплект сцепленных металлических шестеренок, которые начинали вращаться, когда машину включали. За правой дверцей находилась красная подушка и пустое пространство так, что каждый мог открыть все три двери и смотреть прямо сквозь Турка. После того, как Турок победил всех самых сильных игроков в этой местности, его взяли на гастроли в Европу, где он играл но многих выступлениях, включая одну партию с самым сильным игроком, Андре Филидором (Andre Philidor), который -- несмотря на свой выигрыш -- назвал партию "своей самой изнурительной игрой, которая у него когда-либо была!"

Но шестеренки слева и шкафчики внизу были фальшивыми, они составляли всего одну треть тумбы, позволяя оператору - который был скрыт внутри - скрываться в тот момент, когда были открыты две дверцы справа. И в действительности Турок был не автоматом, но очень хорошо сконструированной машиной, которой управлял оператор внутри. Но до 1820го года обман так и не был раскрыт, прошло еще 200 лет со времени первого матча Турка прежде чем настощая программа-автомат смогла играть в шахматы на его уровне. Держите в уме эту историю, когда мы переключаем передачи к более современной нам загадке.

Сейчас самой большой проблемой является проблема чистого, безопасного и возобновляемого источника энергии. Самым многообещающим в этом плане представляется ядерный синтез.


(Image credit: NASA.)

Главный источник энергии Солнца - ядерный синтез - процесс, высвобождения энергии, когда ядра атомов легких элементов сливаются вместе в более тяжелые. Ядерный синтез, в отличие от нашего земного источника энергии - расщепления ядра -- не приводит к радиоактивному распаду или угрозе плавления реактора. Соедините это с невероятной эффективностью ядерной энергии. Неудивительно,  что его считают теперь Святым Энергетическим Граалем. Принцип ядерного синтеза невероятно прост


(Image credit: David Darling.)

Самый стабильный элемент в периодической таблице - Железо 56. Если у вас есть элемент тяжелее железа, в общем случае, вы можете расщепить его на части, создав более легкие и стабильные элементы, при чем высвободится энергия. Это расщепление атома. (Для некоторых элементов процесс настолько просто, что они распадаются сами, спонтанно - вот это уже радиоактивность!) Синтез - нечто противоположное - взять легкие элементы и соединить их в более тяжелый, создавая более стабильные элементы и высвобождая энергию. Следует заметить, что Солнце берет протоны и - в цепной реакции создает из них Гелий - 4, превращая 0.7% его массы в энергию по формуле E = mc2. Кажется, немного, как для реакции одного атома, но если прикинуть, что внутри Солнца сливаются 10(38) протонов каждую секунду, это приводит к огромному выбросу энергии. 

Итак, как можно заставить атомы сливаться и управлять этим процессом - там, на Земле? Обычно рассматривают три подхода.


(Image credit: NASA TRACE mission, LLNL National Ignition Facility.)

Один подход - взять гранулы замерзшего водорода- дейтерия и трития - и сжать их (и нагреть их), бомбардируя высокоэнергетическими частицами или лазерами. Если бомбардировка достаточно энергична, у вас будет достаточно температуры и энергии, чтобы запустить синтез; этот метод называют синтез инерционного удержания (конфайнмента).



(Image credit: the Joint European Torus, retrieved from here.)

Второй метод использует магнитное удержание очень горячей плазмы в тороидальных реакторах - наподобие того, который показан на рисунке сверху. При тех больших температурах, которые достигаются внутри, можно добиться термоядерного синтеза - так же, как и при методе инерционного удержания. Проблема обоих методов в том, что для запуска термоядерной реакции они оба требуют больше энергии, чем даст сама реакция синтеза. До тех пор, пока энергия выхода не превысит энергию входа реакции - но не настолько, чтобы взорвать реактор -  машина не выглядит сильно полезной.. Последние 30 лет эти два метода за небольшим лидерством магнитного конфайнмента подходили все ближе и ближе к точке прорыва.


(Image credit: General Fusion, Inc.)

И совсем недавно появился новый метод - синтез с помощью магнитной мишени, о котором я тут писал немного. И снова, точку прорыва с его помощью пока не удается достичь, хотя он и выглядит обещающе. Но если вы следите за новостями, то наверняка слышали, что в прошлом году был достигнут т.н. холодный синтез, что может стать исключительным источником энергии в условиях кризиса.


(Image credit: Phillippe Plailly of visualphotos.com.)

Те, кто знают историю, могут вспомнить 1989й когда команда ученых - Флейшман и Понс (Fleischmann and Pons) - заявила о том, что им удалось достичь ядерного синтеза при комнатных температурах при помощи электромеханического процесса - холодный синтез. Это было бы, конечно, фантастикой, потому, что это бы значило, что при минимальных затратах энергии (в 100 тысяч раз меньших) можно достичь максимальных выходов энергии, просто революционное открытие! К сожалению, их результаты были ошибочными, а их эксперименты - невоспроизводимыми, и холодный синтез стал синонимом вечного двигателя: очень много обещаний о практически неисчерпаемом источнике энергии, но, к сожалению, физически неосуществимым.


(Image credit: George A. Bockler, 1660, retrieved from wikipedia.)

Что вообще говоря, не совсем справедливо. Вечные двигатели могут нарушать известные нам физические законы - как закон сохранения энергии, а холодный синтез, в принципе, возможен. Если мы вернемся к Солнцу, где происходит синтез, непохоже, чтобы температуры было достаточно, чтобы отдельные ядра смогли преодолеть электрическое отталкивание и начать сливаться. Вместо этого, со сливающимися ядрами происходит нечто замечательное.

(Image credit: Molecular Beam Epitaxy Group at University of Maryland.)

Помните, что атомные ядра - не твердые частицы, они - объекты квантовой механики, являясь одновременно волной и частицей?. Квантовомеханические волновые функции этих ядер внутри Солнца, при любой температуре, слегка перекрываются, что значит, что есть небольшая, но конечная вероятность, что две из них окажутся в более предпочтительном энергетическом состоянии! Это может случиться тогда, когда они могут через туннельный эффект перейти в это состояние и в конце концов начать процесс синтеза! Хотя его еще ни разу не наблюдали при низких температурах, с точки зрения теорфизики он возможен. (Другими словами, не стоит так сразу отбрасывать эту идею.) И, зная все это, что заставляет холодный синтез появляться в заголовках снова и снова?


(Image captured from this website.)

Согласно сообщениям от Wired, MSNBC, Sweden's NYTeknik, Bloomberg TV, Wired (снова), и многих других источников, изобретатель Андреа Росси (Andrea Rossi) выставил свой прибор холодного синтеза -- e-cat или катализатор энергии - на нескольких неофициальных демонстрациях, и, кажется, что ему удалось выводить энергии ядерного порядка, затрачивая энергии электромеханического порядка. В частности, он заявляет, что обогащенный никель синтезируется с водородным никелем, образуя медь и высвобождая огромное количество энергии. Если это так, тогда это ядерный синтез! Если результат подтвердится, это будет зрелищная и невероятная причина для праздника.



(Image credit: taken from Brian Wang at NextBigFuture.com.)

Но!


Росси ужасно секретничает, когда речь идет об e-cat, а все его "демонстрации" ужасно подозрительны, как по мне. Что я имею в виду?

Вот всего лишь небольша выборка:


Росси никогда не публиковал рецензированную статью о работе своего устройства - ни теоретически ни практически.

Все очень грубые схемы устройства, доступные общественности, опубликованы только в Журнале Ядерной Физики - владельцом которого он является. Но настолько ли хороша репутация этого журнала? Вовсе нет: он основан всего лишь в прошлом 2010 году. Не путайте его с настоящим журналом, который называется просто Ядерная Физика.

Компания Росси Петролдрагон, в 80е годы, как заявлялось, занималась переработкой мусора в нефть. Звучит слишком-хорошо-чтобы-быть-правдой? Андреа Росси был в тюрьме за это дело, хотя у него есть и своя версия произошедшего.

Строительство первого реактора, которое планировали проводить в Дефкалионе, в Греции, было по загадочным причинам отменено Росси в последнюю минуту. Хотя изначально не было предоставлено ни одного объяснения, позднее, он сделал такое рискованное заявление:

Говоря о Дефкалионе, Росси сказал, что он повел компанию по неправильному пути. Они заглотили наживку, думая, что он займется продажами маленьких  eCats в октябре. Чтобы этого не делать, он поступил неправильно и расстроил их планы, показав поддельную версию.

Никому из присутствующих не разрешили "заглянуть внутрь Турка", если позволите. Другими словами, никто - кроме Росси - не имеет ни малейшего понятия о механизме и конструкции устройства синтеза и производства энергии. Ну и что вы об этом думаете?


(Image credit: Ken Anderson et al.)

Да, и я тоже. Послушайте, если вы хотите сделать экстраординарное заявление типа того, что вы открыли холодный синтез, вам нужно давать экстраординарные доказательства, а не половинную демонстрацию вместе с длинным списком подтасовок и лжи. Хотелось бы верить, что это-правда но все здесь для меня кричит о мистификации, и только зашкаливающее количество просьб опубликовать этот пост заставило меня его написать. Помните, экстраординарные заявления требуют экстраординарных доказательств? Есть причина, по которой мы делаем науку публичной, открытой для рецензий и требующей высокого уровня проверок и перепроверок: чтобы избежать жульничества и обмана, независимо от того, сколько ссылок выдается при поиске в гугле. Но вы же не можете дурачить всех все время.



Итак, да. Я считаю, что холодный синтез возможен. И нет, я не вижу ни одной причины верить тому, что он реален (осуществим). Уберите дым, зеркала и покажите мне физику, и тогда у нас будет история. Потому, что так делают ученые - настоящие ученые. Они не играют в игры, они не прячутся за черными ящиками и заявлениями ценой в миллиарды долларов о свободной энергии, они доказывают. Они показывают свои результаты всем, чтобы их можно было подвергнуть сомнению, воспроизвести и проверить. Так работает наука. Понс и Флейшман были, возможно, не самыми лучшими учеными, но по крайней мере, они были учеными. И пока Росси не докажет обратного, все, что у нас здесь есть - это артист, известный своим жульничеством, который пытается нас снова одурачить.

И - прошу прощения мой Нью-Йоркский акцент - я это не покупаю (прим.перев - Я не куплюсь на это).

3 комментария:

Yuri комментирует...

Что-то сама статья выглядит столь же малосодержательной, как и творчество этого "синтезатора".
То, что чисто теоретически "туннельный" синтез за счет перекрытия волновых функций возможен - и так понятно. Но столь же понятно, что выход этого процесса будет не больше, чем выход произведений Шекспира при работе 1000 обезьян, тыкающих пальцами в печатные машинки. Т.е. в реальности - просто нулевой.
Плюс абсолютно ясно, что никакие механические или химические ухищрения никак повлиять на скорость этого процесса не могут - просто потому, что ядра надежно экранированы своими электронными оболочками и этих ухищрений абсолютно не "видят".

Так что любые сторонники "холодного синтеза" просто обязаны предъявить действительно какой-то принципиально новый принцип ядерного катализа, а без этого их никто даже и слушать не станет. Но ничего подобного до сих пор даже и близко не появлялось, так что и обсуждать-то, в сущности, на самом деле нечего.

Анонимный комментирует...

Пока скептики претендуют на абсолютное знание всех законов природы нетрадицеонщик Росси и пенсионер Фокарди подложили большую бомбу под традиционную физику. Чтобы быть верной гипотеза должна быть достаточно безумной, что для холодного термояда так и есть. Сейчас нужно думать,что делать дальше с нашей экономикой,если уран,нефть,газ и уголь потеряют свое значение как незаменимые источники энергии. Вчера Дефкалион озвучел свои бизнэс планы по распространению никель водородной энергетики на весь мир. Если это произайдет-мало никому не покажется. Начинается новая эра!

Анонимный комментирует...

а как вам такая теория? Люди которые контролируют континенты, президентов, нефть и прочее.. вот именно они глушат развитие холодного термояда. Потому что как только заработает холодный синтез, они сразу потеряют свой доход. ХЯС выгодный для людей но не для властей. И кому получиться воспроизвести холодный ядерный синтез при комнатной температуре и он представит этот процесс на открытой пресс-конференции, то его просто на следующий день найдут мертвого в своей квартире. И пока люди не перестанут ценить деньги - в этой теории нет будущего.