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(shí)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(rèn)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(diǎn)：谷歌聯(lián)手麻省理工學(xué)院等研究團(tuán)隊決定再度發(fā)起對于“冷聚變”的研究，該研究的系列進(jìn)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(yán)謹(jǐn)?shù)姆绞窖芯坷渚圩?。其他參與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(shí)驗室的科學(xué)家團(tuán)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(diǎn)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(shí)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(jìn)行的傳統(tǒng)認(rèn)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(shí)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(rèn)為是“騙子”。之后兩人亦關(guān)閉了實(shí)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(jìn)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(shí)驗。由谷歌資助的科學(xué)家團(tuán)隊，希望通過科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?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(jìn)展報道，也首次公開描述了該團(tuán)隊的相關(guān)研究。

這個團(tuán)隊包括來自各個合作機(jī)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(shí)現(xiàn)冷聚變的證據(jù)，但他們確實(shí)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(xiàn)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?shí)現(xiàn)，該團(tuán)隊還是希望他們的工作能激勵其他人重新審視冷聚變實(shí)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(tuán)隊保持這么長時間的興趣?！盩revithick 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(yán)格測試?yán)渚圩?。另一個目標(biāo)是在具有挑戰(zhàn)性的實(shí)驗條件下推廣研究方法。但他補(bǔ)充稱：“我們的興趣之一，肯定是取得巨大的研究成果?！?/p>

團(tuán)隊探索了三種用來產(chǎn)生冷聚變的實(shí)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(xì)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(dú)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。”1989 年 Close 參與了重現(xiàn)最初實(shí)驗。

蔣業(yè)明回應(yīng) 3 個關(guān)鍵問題

這支團(tuán)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(jìn)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(jǐn)慎，一開始甚至有點(diǎn)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(shí)驗室里對這個課題進(jìn)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(tuán)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(qiáng)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(jìn)行的，不希望谷歌資助的事實(shí)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(shí)驗室里進(jìn)行儲氫實(shí)驗的真正原因。

團(tuán)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(dá)到盡可能高的負(fù)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(zhǔn)確地動態(tài)測量負(fù)載。到目前為止，我們已經(jīng)能夠達(dá)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(jǐn)慎的措施，光是論文的補(bǔ)充信息部分就長達(dá) 50 頁。

問：你們發(fā)現(xiàn)了什么? 為什么團(tuán)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(yán)謹(jǐn)客觀，我認(rèn)為我們已經(jīng)成功地避免了任何形式的“確認(rèn)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(tuán)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(jī)構(gòu)合作的項目，然后悄無聲息而又緊鑼密鼓地進(jìn)行，最后在同行評審的期刊上發(fā)表其研究結(jié)果。現(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(jìn)行中，我們正在尋找新的成員加入這個團(tuán)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(fù)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(diǎn)，可以讓我們創(chuàng)建以前無法到達(dá)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(shí)驗中非常有趣的目標(biāo)材料，這些實(shí)驗將會在更廣泛的項目中進(jìn)行，例如，在勞倫斯伯克利國家實(shí)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(rèn)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(shí)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(bǔ)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(rèn)為足夠可信的實(shí)驗進(jìn)行了追蹤。在其中一個實(shí)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(jì) 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(shí)驗沒有產(chǎn)生氚。

最后一個實(shí)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(rèn)為這是元素融合的結(jié)果。但是在 420 次測試中，谷歌團(tuán)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(shí)驗都值得進(jìn)一步研究。他們認(rèn)為，氚實(shí)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(tuán)隊還表示，進(jìn)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(shí)驗方法的前進(jìn)，包括開發(fā)“世界上最好的熱量計”來檢測極端實(shí)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(rèn)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(rèn)為，挑戰(zhàn)測量科學(xué)的極限也很重要。Williams 的團(tuán)隊對最初的聲明也進(jìn)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(shí)驗持懷疑態(tài)度。但他對這項工作感到興奮，他認(rèn)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(tuán)隊做出嚴(yán)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>