冷核聚變的相關(guān)理論及其解釋

1、冷核聚變的相關(guān)理論及其解釋關(guān)鍵詞：冷聚變; 量子隧穿; 渦旋動(dòng)力學(xué); 撓場(chǎng)理論;1 、冷核聚變國(guó)內(nèi)外前景1.1、 冷聚變研究背景M弗萊希曼(M artin Fleischmann)和S龐斯(Stanley Pons)，在1989年3月23日，在進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)中意外發(fā)生了異常放熱現(xiàn)象，他們宣稱是低溫下的核聚變反應(yīng)，從而震驚了科學(xué)界。實(shí)驗(yàn)步驟，將鈀金屬作為電解陰極，鉑金屬作為電解陽(yáng)極。進(jìn)行重水D2O的電解，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中意外發(fā)生了超熱現(xiàn)象，而其產(chǎn)生的熱;就目前所存的理論無(wú)法解釋。其既不滿足化學(xué)放熱反應(yīng)，而又不滿足物理放熱現(xiàn)象。為此各國(guó)的實(shí)驗(yàn)室都進(jìn)行了重復(fù)性的實(shí)驗(yàn)，一些實(shí)驗(yàn)室給出負(fù)的結(jié)果，一些實(shí)驗(yàn)室則給

2、出正的結(jié)果。由于此實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性差，且沒(méi)有相對(duì)的理論支持，如果用熱核聚變的理論進(jìn)行解釋，其反應(yīng)過(guò)程卻沒(méi)有中子的產(chǎn)生，顯然這與常規(guī)理論相違背。不少熱核學(xué)者對(duì)冷核聚變持反對(duì)意見(jiàn)，認(rèn)為其為偽科學(xué)。但是隨著近三十年的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性不斷提升，其理論也不斷完善。1.2、 冷核聚變?cè)趪?guó)外研究現(xiàn)狀在2008年日本大阪大學(xué)的物理學(xué)教授對(duì)外宣稱實(shí)現(xiàn)了冷聚變反應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教授首先將重氫充入到含有鈀鋅鎬的混合氧化物中，觀察到了氦原子核的產(chǎn)生，從而證實(shí)了冷核聚變產(chǎn)生的可能性。其次是意大利科學(xué)家安德烈·羅西，在2011年，利用了某種催化劑加入到電解重水的實(shí)驗(yàn)中，從而產(chǎn)生了聚變反應(yīng)，也同樣證實(shí)了冷聚

3、變的可能性。但是由于二者并沒(méi)有拿出相關(guān)的數(shù)據(jù)以及實(shí)驗(yàn)的具體細(xì)節(jié)，使得人們對(duì)這兩次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生質(zhì)疑。而到了2019年，冷核聚變?cè)僖淮斡瓉?lái)了低谷期，谷歌花費(fèi)大量資金招募全球相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)冷核聚變進(jìn)行研究，他們?cè)谧匀浑s志上公布了他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有發(fā)生異常放熱現(xiàn)象，所產(chǎn)生的熱量都是在正常范圍內(nèi);。結(jié)論的公布再一次引發(fā)了相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业挠懻?，冷核聚變的道路依舊坎坷。1.3 、冷核聚變?cè)趪?guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)對(duì)冷核聚變的研究始于1989年M弗萊希曼(M artin Fleischmann)和S龐斯(Stanley Pons)宣稱他們?cè)谶M(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)中意外發(fā)生了冷核聚變。由于他們?cè)诠紝?shí)驗(yàn)報(bào)告后，并沒(méi)有對(duì)他們實(shí)驗(yàn)過(guò)

4、程的細(xì)節(jié)進(jìn)行描述。我國(guó)的一些實(shí)驗(yàn)室依據(jù)他們簡(jiǎn)略的報(bào)告，嘗試著重復(fù)他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中有一些實(shí)驗(yàn)室宣稱產(chǎn)生了超熱現(xiàn)象，并且檢測(cè)到中子的產(chǎn)生。但由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)陋，在實(shí)驗(yàn)中檢測(cè)到的中子不排除受到外界的干擾，如宇宙射線等物質(zhì)。由于產(chǎn)生超熱現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)重復(fù)性低，加之國(guó)內(nèi)外一些熱核專家對(duì)冷聚變的質(zhì)疑，我國(guó)的實(shí)驗(yàn)室也逐漸停止了對(duì)冷核聚變的研究。在國(guó)內(nèi)許多學(xué)者一直在默默的堅(jiān)守，為冷聚變的發(fā)展提供了大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及理論支持。隨著近幾年來(lái)，能源問(wèn)題再一次成為人民關(guān)心的話題，冷聚變?cè)僖淮问艿搅藝?guó)家支持，并且得到了國(guó)家非共識(shí)項(xiàng)目基金的支持，國(guó)內(nèi)研究前景較好。2 、冷核聚變的相關(guān)理論2.1、 量子理論2.1.1 、量

5、子理論的誕生自從17世紀(jì)牛頓的力學(xué)出現(xiàn)后，一直到19世紀(jì)，熱力及電動(dòng)力，統(tǒng)計(jì)物理學(xué)理論的完善，形成了一套完整的經(jīng)典物理學(xué)體系。這一時(shí)期，人們用其解釋了大量之前人類無(wú)法解釋的物理現(xiàn)象。一些科學(xué)家甚至斷言，物理學(xué)已經(jīng)趨于完善，后輩的物理學(xué)家只需要在已經(jīng)完善的物理學(xué)基礎(chǔ)上做一下完善工作就可以了，然而就當(dāng)科學(xué)家用已經(jīng)完善的物理學(xué)知識(shí);去解釋黑體輻射，光電效應(yīng)以及原子光譜時(shí)，卻遇到了極大的瓶頸。這就像是在物理學(xué)的天空飄著幾朵云彩，看似并不影響常規(guī)物理學(xué)理論，但是它卻意味著物理學(xué)界的暴風(fēng)雨即將到來(lái)。隨著黑體與普朗克的量子假說(shuō)、光電效應(yīng)與愛(ài)因斯坦的光量子假說(shuō)、原子光譜與波爾量子論及德布羅意物質(zhì)波的假說(shuō)被證實(shí)

6、，物理學(xué)界暴風(fēng)雨;正式來(lái)臨。它獨(dú)立于傳統(tǒng)物理學(xué)之外，打開(kāi)微觀世界的大門(mén)，使得之前無(wú)法解釋的物理學(xué)現(xiàn)象也得到了較為完美的解釋。2.1.2、 量子隧穿理論量子隧穿效應(yīng)是量子力學(xué)中重要理論之一，量子隧穿效應(yīng)指的是與宏觀世界所不同的微觀物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電子穿越或者穿入位勢(shì)壘時(shí)，盡管其所帶的能量不足以穿越位勢(shì)壘，但電子依舊可以穿越位勢(shì)壘。所以用傳統(tǒng)物理學(xué)是無(wú)法解釋這種現(xiàn)象，而量子理論卻可以完美解釋微觀世界的行為。用宏觀進(jìn)行解釋，假設(shè)一輛小車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中，突然遇到一座高山(位勢(shì)壘)它想從高山的另一邊運(yùn)動(dòng)到另一邊，如果按照經(jīng)典物理學(xué)，需要從山頂向兩邊引出一條道路，這樣小車(chē)就可以穿過(guò)高山(位勢(shì)壘)。但是如果小車(chē)的

7、能量不足，那么就無(wú)法穿越高山。如果用量子力學(xué)解釋，小車(chē)有概率可以從高山之中的隧道進(jìn)行通過(guò)，小車(chē)所具有的能量低于高山的位勢(shì)能量。從常規(guī)來(lái)看，量子隧穿只是一個(gè)理想的科學(xué)假說(shuō)，但正是這些科學(xué)假說(shuō)，為冷聚變的理論發(fā)展打開(kāi)了新的大門(mén)。通常，核子的聚變反應(yīng)需要有足夠的能量來(lái)克服原子核之間的核力，因此想要實(shí)現(xiàn)核子聚變，就必須提供大量的能量，否則就無(wú)法實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)，而在冷聚變反應(yīng)過(guò)程中，擺脫了常規(guī)物理學(xué)的束縛，將量子理論引入到聚變反應(yīng)中，盡管原子核的能量小于庫(kù)侖位勢(shì)壘的位勢(shì)，原子核依舊可以克服庫(kù)侖位勢(shì)壘，從而產(chǎn)生核聚變。盡管量子隧穿的效應(yīng)為冷核聚變提供了理論基礎(chǔ)，但是量子隧穿依舊無(wú)法解釋冷核聚變中的一些其他

8、現(xiàn)象，如在熱核聚變中，聚變會(huì)激發(fā)出中子。然而冷核聚變中，一些實(shí)驗(yàn)室宣稱產(chǎn)生了超熱現(xiàn)象，但是卻沒(méi)有產(chǎn)生中子。而一些實(shí)驗(yàn)室說(shuō)檢測(cè)到部分中子，但是卻不能排除宇宙射線及外界的影響。另外，一些科學(xué)家用量子隧穿來(lái)解釋冷核聚變，但是何種原因造成了電解實(shí)驗(yàn)中的原子產(chǎn)生了量子隧穿效應(yīng)的機(jī)理并不清楚。3、 渦旋動(dòng)力學(xué)和撓場(chǎng)理論江興流教授基于真空零點(diǎn)能理論和動(dòng)態(tài)卡西米爾(Casimir)效應(yīng)提出渦旋動(dòng)力學(xué)和撓場(chǎng)理論，這些理論相當(dāng)程度上解釋了冷核聚變產(chǎn)生的原理，對(duì)冷核聚變的一些現(xiàn)象做出了合理的解釋。3.1 、真空零點(diǎn)能在人們的常識(shí)之中，真空中并不存在任何能量。但是一些科學(xué)家認(rèn)為真空中存在著大量的能量，而這種能量是由正

9、電子和負(fù)電子相互作用而組成，我們也稱其為真空零點(diǎn)能，并且可以理解為能量之海。真空零點(diǎn)能的概念首先來(lái)源于海森堡提出的不確定原理，這個(gè)原理的具體內(nèi)容是微觀世界和宏觀世界是有著千差萬(wàn)別的不同，在宏觀世界中，當(dāng)知道一個(gè)粒子的初始位置和速度，那么我們就可以推測(cè)出粒子的具體位置，而在微觀世界中，我們無(wú)法測(cè)定粒子的位置以及速度。也就是說(shuō)在真空的能量之海中，定存在著渦旋，雖然我們無(wú)法確定其發(fā)生位置，但是這個(gè)旋渦中心必然存在的大量能量，使原子克服勢(shì)壘發(fā)生核聚變。用海森堡自己的話說(shuō)，在因果律的陳述中，即若確切地知道現(xiàn)在，就能預(yù)見(jiàn)未來(lái);，所得出的并不是結(jié)論，而是前提。我們不能知道現(xiàn)在的所有細(xì)節(jié)，是一種原則性的事情。

10、3.2 、撓場(chǎng)理論1920年，卡坍(Cartan)第一次在廣義相對(duì)論中提到，在考慮物體由于自身旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致時(shí)空扭曲，從而產(chǎn)生了撓場(chǎng)，也稱其自旋場(chǎng)或扭場(chǎng)。不可否認(rèn)撓場(chǎng)是繼萬(wàn)有引力、電磁力、弱作用力、強(qiáng)作用力之外的另一種力，雖然這種力目前還無(wú)法探測(cè)到。在冷核聚變中，由于電子處于真空中，其本身就處于巨大的能量場(chǎng)之中，由于撓場(chǎng)的存在，不斷給原子核加速，使原子核克服庫(kù)侖位勢(shì)壘，從而產(chǎn)生核聚變。使得核聚變?cè)诔?下就可以進(jìn)行，但是其理論雖然相當(dāng)程度上解釋了冷核聚變所產(chǎn)生的機(jī)理，但是冷核聚變的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出現(xiàn)異常放熱的概率低，也就是核聚變現(xiàn)象出現(xiàn)概率低。如果是由于真空零點(diǎn)能與撓場(chǎng)的作用下產(chǎn)生，那么電解實(shí)驗(yàn)中所產(chǎn)生

11、的核聚變應(yīng)有很大的概率發(fā)生，所以它與量子隧穿理論仍然有待發(fā)展。4 、結(jié)語(yǔ)從冷核聚變的發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在，已經(jīng)經(jīng)歷了三十年，其理論也在逐漸趨于完善過(guò)程中。正如量子理論是經(jīng)典物理學(xué)天空飄著的幾朵云彩，那么冷核聚變也是幾朵云彩之中的一朵。相信在不久的將來(lái)，冷核聚變將會(huì)比熱核聚變更有發(fā)展前景，并且再一次會(huì)打破經(jīng)典物理學(xué)理論，建立新的理論。到那時(shí)，人類將擁有取之不盡用之不竭的能源，將為人類的發(fā)展提供巨大幫助。參考文獻(xiàn)1王龍冷聚變;研究現(xiàn)狀J科技導(dǎo)報(bào)，1996(01):31-35.2李興中從ICCF-8看冷聚變研究的進(jìn)展J科技導(dǎo)報(bào)，2000(12):6-7.3李興中，劉斌，魏清明氘通量在鈀中引發(fā)的異常核現(xiàn)象J原子核物理評(píng)論，2004(04):419-421.4張武壽冷聚變的范式特征，一種科學(xué)哲學(xué)的視角J前沿科學(xué)，2008(03):75-78.5江興流，周曉平，王立英，賀苗，彭偉明，樂(lè)小云冷核聚變;現(xiàn)象與動(dòng)態(tài)卡西米爾效應(yīng)J北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2009,17(03):57-63.6盧