Вояджер-1 покидает Солнечную систему, что делает его первым искусственным зондом, вышедшим в межзвездное пространство. Это большое достижение, и на это ушло всего 30 с лишним лет. Но если мы серьезно собираемся смело отправиться туда, куда еще не ступала нога человека, и отправить людей за пределы Солнечной системы, нам понадобится дешевый и богатый источник энергии, чтобы добраться туда.
О каком именно количестве энергии идет речь? Что ж, еще в январе на arXiv появилась статья Марка Миллиса, бывшего руководителя проекта НАСА «Прорыв в физике движения», в котором рассчитываются затраты - с точки зрения энергии - на по-настоящему межзвездную пилотируемую космическую миссию. И это не было хорошей новостью.
В одном из сценариев он предположил, что космический корабль на 500 человек отправляется в путешествие в один конец, чтобы основать человеческую колонию на какой-то далекой экзопланете. Для этого потребуется эксаджоуль энергии, или 1018 Дж, то есть примерно столько же энергии потребляет каждый человек на Земле за один год.
Беспилотная миссия на Альфу Центавра потребует еще больше энергии из-за необходимости более сложных маневров (замедление и т. д.). Для этого потребуется 1018 Дж. Миллиса, у нас не будет возможности генерировать такую энергию до 2200 для пассажирского корабля и 2500 для беспилотного зонда.
Ученые обдумывают всевозможные варианты, конечно, включая использование силы звезд, то есть ядерный синтез (в отличие от ядерного деления, лежащего в основе атомных электростанций). Как однажды заметил Карл Саган: «Каждый раз, когда вы смотрите на небо, каждая из этих точек света является напоминанием о том, что термоядерная энергия может быть извлечена из водорода и других легких элементов, и это повседневная реальность во всей Галактике Млечный Путь."
Одна маленькая проблема
Есть только одна проблема. Мы можем добиться горячего ядерного синтеза, но воссоздание интенсивных температур и давлений, которые существуют внутри звезд, в настоящее время требует больше энергии, чем дает обратно, поэтому это экономически невыполнимо, и в настоящее время в значительной степени представляет собой энергетическую воронку.
Если бы мы только могли осуществить синтез при комнатной температуре! Это утверждение сторонников так называемого «холодного синтеза», области, которая находилась на периферии с момента ее предполагаемого открытия почти 20 лет назад. Еще в 2000 году журнал TIME назвал холодный синтез одной из «худших идей» 20-го века.
До сих пор преобладает мнение ученых о том, что подавляющее большинство исследований в области холодного синтеза подпадает под рубрику «патологическая наука»: результаты всегда находятся на грани ошеломляющей проверки. Всякий раз, когда указанное подтверждение не может (снова) материализоваться, всегда есть удобное объяснение того, почему это на самом деле не является окончательным провалом, и почему скептики являются просто ограниченными инструментами научного истеблишмента, сговорившимися, чтобы подавить этих невоспетых гениев.
Горячий и холодный
Все началось в 1989 году, когда два химика из Университета штата Юта по имени Стэнли Понс и Мартин Флейшманн решили, что им удалось осуществить ядерный синтез в банке. Сотни исследователей по всему миру поспешили воспроизвести эксперименты, но потерпели неудачу.
К концу того же года группа экспертов провела проверку Министерства энергетики (DOE) и пришла к выводу, что для претензий нет никаких оснований.
Пятнадцать лет спустя Министерство энергетики решило еще раз взглянуть на доказательства, накопленные за последние 15 лет, и переоценить полемику вокруг холодного синтеза. Они все еще не нашли доказательства достаточно убедительными, чтобы запустить исследовательскую программу, финансируемую из федерального бюджета.
Но они считали, что финансирующие агентства должны рассматривать предлагаемые проекты в индивидуальном порядке, при условии, что эти предложения соответствуют «принятым научным стандартам и проходят строгую экспертную оценку». Черт возьми, иногда дальние планы окупаются, так почему бы не бросить в шляпу немного финансовых остатков? Вот почему существует несколько исследовательских программ, изучающих холодный синтез, в первую очередь одна с космическими и военно-морскими системами ВМС США (SPAWAR).
В 2009 году SPAWAR заявил, что обнаружил реакцию холодного синтеза, и за эти годы было несколько других многообещающих проблесков. Но надежная воспроизводимость остается недостижимой, что добавляет правдоподобности критике со стороны физиков о том, что столь разрекламированные результаты, вероятно, связаны с экспериментальной ошибкой (либо в настройке, либо в измерениях).
Итак, в то время как физики готовы признать, что может происходить нечто, представляющее маргинальный интерес, большинство из них по-прежнему не убеждены в том, что это настоящий холодный синтез. Вряд ли кто-то питает надежду на то, что в обозримом будущем он станет жизнеспособным источником энергии.
О, и мы больше не называем это "холодным синтезом". Текущая предпочтительная терминология - низкоэнергетические ядерные реакции (LENR), большое спасибо.
Абра-ка-дабра
Последние заявления о холодном синтезе исходят из Италии от физика по имени Андреа Росси, который изобрел устройство холодного синтеза, известное как e-cat или энергетический катализатор.
Росси утверждает, что обогащенный никель сплавляется с ядрами водорода для создания меди и высвобождения большого количества энергии с использованием простой настольной электрохимии вместо огромных машин, которые воссоздают температуру и давление звездного масштаба.
Звучит чертовски круто, не так ли? Электронный кот был бы всего лишь билетом на запуск межзвездной миссии.
Росси продемонстрировал электронную кошку на нескольких полупубличных демонстрациях, последняя из которых состоялась 28 октября. Предполагаемый «успех» этой последней демонстрации был встречен с энтузиазмом приверженцами холодного синтеза и иногда легковерными журналистами..
Так почему же физики (и более здравомыслящие журналисты) во всем мире не прыгают вверх и вниз от волнения по поводу захватывающего открытия Росси? Итан Сигел из Starts With a Bang легко излагает все это для вас:
- Росси никогда не публиковал рецензируемую статью о том, как работает его устройство, ни теоретически, ни экспериментально.
- в открытом доступе представлены только очень приблизительные схемы, и все они взяты из Journal of Nuclear Physics, личного журнала Андреа Росси. Но разве Журнал ядерной физики не звучит авторитетно? Не совсем так: он был основан только в прошлом году, в 2010-м. Не путайте его с настоящим журналом, это просто Nuclear Physics.
- У Андреа Росси в 1980-х была компания Petroldragon, которая утверждала, что превращает мусор в нефть. Звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой? Андреа Росси попал в тюрьму за эту аферу, хотя и излагает свою версию событий.
- Первый реактор, который планировалось построить для Дефкалиона в Греции, был таинственным образом отменен Росси в последнюю минуту.
- Никто из тех, кто наблюдал за этими испытаниями, никогда не имел права, так сказать, "заглянуть внутрь турка". Другими словами, никто, кроме самого Росси, не имеет ни малейшего представления о внутренней конструкции и механизме, которые привели к заявленному ядерному синтезу (и производству энергии).
Итан опубликовал второй пост на следующий день, написанный в соавторстве с Питером Тибергером из Брукхейвенской национальной лаборатории, в котором подробно объясняется конкретная физика того, почему заявления Росси о холодном синтезе вызывают большие подозрения. Прочтите это, и если вы все еще хотите инвестировать в технологии Росси - что ж, у меня есть мост в Бруклине, который, возможно, вас тоже заинтересует.
Они хотят верить
Увы, сторонники холодного синтеза отреагировали на критику, (еще раз) пронзительно осудив своих критиков как недалеких, дезинформированных, не желающих дать холодному синтезу справедливую встряску и так далее. Существует мало доказательств, подтверждающих такие утверждения. Как я писал еще в 2007 году:
Научное сообщество в целом справедливо не отклонило утверждения: его просто не убедили ошибочные доказательства, которые были ему представлены. Если сторонники холодного синтеза в один прекрасный день превзойдут все ожидания и предоставят действительно воспроизводимые убедительные доказательства низкоэнергетических ядерных реакций, закоснелый старый научный истеблишмент может немного поворчать, но в конечном итоге он примет эти открытия и соответствующим образом изменит свои теории. Потому что это и есть научный метод.
Покойный шотландский физик Дуглас Моррисон был одним из редких скептически настроенных посетителей ежегодных конференций по холодному синтезу до своей смерти в 2001 году. Каждый год он выслушивал экстравагантные заявления об «избыточном тепле», а затем вставал и делал простая просьба: "Пожалуйста, можно мне чаю?"
Конечно, это было немного дерзко с его стороны, но он высказал свою точку зрения: холодный синтез - это хорошая игра, но даже простейшая прикладная энергетическая задача остается далеко за пределами его досягаемости.
Для повышения температуры грамма воды на 1 градус Цельсия требуется 4,18 джоуля, а для приготовления чашки чая Моррисону требуется 100 градусов Цельсия. Помните, по расчетам Миллиса, нам понадобится эксаджоуль, чтобы отправить людей в межзвездное пространство. Так что, если вы надеетесь, что холодный синтез станет ответом на межзвездную миссию, вам придется очень долго ждать.