“冷聚变”科普简史（二）：日本以系统性方法取胜，谷歌紧随其后

本期将大致介绍一下，日本和谷歌在“冷聚变”领域所作的研究工作。以此可以更好审视该领域的发展现状。

（看前须知：无论其是否真实存在，这也不妨碍我们对其进行科普以及梳理脉络。毕竟现今有不少科学现象，被各种"所谓"的科研人员、团体或民间科学组织以牺牲严肃的研究为代价来赚钱，并对其进行夸大、虚假宣传——也就是所谓的"科学骗局"。笔者初衷只是单纯为了梳理这些科学理论的来龙去脉，但在搜集资料过程中还是会带有一些主观的偏见，请读者尽量保留个人的主观意见，如有疏漏或者错误，望多多指正！GolevkaTech）
这是“冷聚变”三部曲系列中的第二期。
第一期：“冷聚变”科普简史(一)：神话？科学骗局？一个潜在的能量悬念
点击上方阅读第一期，第一部分：大致介绍了早期的“冷聚变”实验是如何在研究人员试图复制结果时，由于结果令人失望而基本上被放弃的——但是，第二波研究现在正显示出了一些极其有希望的结果。
01日本——在“冷聚变”领域的研究，处于较为领先的地位
在笔者看来，日本——在“冷聚变”这一领域的实验研究方面，无疑是当今世界的领跑者，因为其已经为“冷聚变”的存在和可重复性提供了最令人信服的证明。
日本的领先地位——在很大程度上归功于其一贯的机构和工业支持，以及一种系统的、循序渐进的方法，其强调开发“冷聚变”装置的先进材料。“冷聚变”研究处于核物理和材料科学的交叉点，如果没有强大的纳米材料和纳米技术领域的工业基础，日本在“冷聚变”方面的成功是几乎不可能的。

另外，日本的努力还得益于大阪大学的高桥明东(AkitoTakahashi)教授的领导，他以“热核聚变”和其他核科学领域的研究而闻名，并且其从“冷核聚变”诞生之初就开始积极参与其中。
三年前，随着日本的新能源与产业技术开发机构（NEDO）发起的一个多机构项目的完成，“冷聚变”的研究达到了一个分水岭。NEDO是日本最大的公共资助机构之一，隶属于经济产业省。该项目涉及九州大学、东北大学、名古屋大学、日产汽车公司(Nissan Motor Co .)和Technova（丰田汽车公司是其主要股东）之间的合作。

这一系列的16项合作实验，旨在阐明氢饱和金属中"异常发热现象 "的本质，并以一致的方式重现这些现象。为此，这次合作的努力重点，集中在一项日本科学家已经达到高度成熟的技术上：特殊制备的“纳米结构材料”的气体负载技术。
笔者认为有必要对这种方法进行一点详细的描述，以便读者能够更好地了解“冷聚变”能源发电技术在未来“可能”的发展前景。气体负载技术是一种最初由弗莱施曼（Fleischmann）和庞斯（Pons）所采取的方法的替代技术。这一技术的大致方法是：将样品材料放置在一个密闭室中，然后在一定的压力下充满氢气(或氘)气体，使一部分氢气被吸收到样品中。然而，前提是，只要材料选择得当，气体负载就可以使样品中吸收的氢核达到较高的密度。

在相关实验中，实验箱中安装了加热元件，这样既可以在室温下进行实验，也可以在100-450℃的温度下进行实验。
近三十年的经验证明，成功的主要关键在于样品材料的选择和制备。最重要的是微米到纳米级（百万分之一毫米）尺度上的详细结构。
“冷聚变”效应是否会发生，以及其规模的大小——取决于样品晶体结构的精确几何形状、缺陷和杂质的类型和密度、它们在晶格中的位置、表面特征等。
在普通工业生产的金属中，不同批次的微观结构和纳米结构会有很大的差异。"可以这么说，钯不是钯。" 没有两根钯条的微观结构是完全相同的，每一根钯条的结构中都保留着它整个形成的信息。

东北大学凝聚态物质核研究中心负责人、日本著名“冷聚变”科学家岩村康弘教授(Yasuhiro Iwamura)
由于这种情况——再加上未能在样品中获得足够高的氢密度，在很大程度上解释了为什么过去重现冷核聚变实验结果的尝试往往以失败告终。
因此，日本科学家们在“冷聚变”专用材料的"工程化 "上投入了巨大的精力，所使用的生产方法使得在很大程度上控制样品的纳米结构成为可能。
NEDO计划实验采用了由铜、镍和钯等元素的各种组合合成的金属复合粉末，以纳米颗粒的形式嵌入较大（微米大小）的锆和氧化硅颗粒中。
为了证明其可重复性，在神户大学和东北大学的实验室里，采用了从单批次生产的氧化钯镍锆粉末样品进行了独立的平行试验。这两个实验室都观察到了超过10天的持续过剩放热现象。这两个实验室的数据在定性和定量上都很相似。

岩村康弘教授的“冷聚变”实验材料说明图
与此同时，其他的合作实验也验证了持续产生过剩热量现象的时间长达一个月之久。所有11个实验都使用特别制备的钯-镍-锆和铜-镍-锆样品都证明了净热的产生。每个原子所释放的能量总量比任何已知的化学反应中的能量都要大，有时是几百倍。
在这些实验过程中，日本研究人员验证了“冷聚变”实验中经常报道的其他现象的存在，例如偶尔以急剧爆发的形式释放能量。
对于未来的商业应用来说，很重要的一点是：证实了使用普通的氢而不是生产成本更高的氘，可以获得相当数量的（即使是略低一些的）能量。
对于任何关注日本“冷聚变”研究的人来说，NEDO项目的结果并不奇怪。近几年来，这一努力已经产生了大量类似的或在数量上甚至更好的结果。
日本“冷聚变”研究另一个部分关注的是关于利用“冷聚变”相关技术中和包括福岛在内的核电站高放射性废料的前景。这一基本思路是由“冷聚变”实验中，频繁观察到元素嬗变现象所提出的。
十多年来，三菱重工（Mitsubishi Heavy Industries）一直支持这一方向的研究成果，并发表了极有希望的成果。最近，以岩村康弘（Yasuhiro Iwamura）领导的三菱重工集团（MHI group）已被转移到东北大学（Tohoku University）一个新的凝聚态核研究中心。

02谷歌——也登入了 “冷聚变”这个大舞台
当日本在悄悄地继续他们在商业应用方面的一步步进展时，关于“冷聚变”最轰动的消息却来自美国。
去年5月27日，世界上最负盛名的科学杂志《自然》发表了一篇关于“冷聚变”的详细研究文章，该文章由麻省理工学院（MIT）、马里兰大学、劳伦斯伯克利国家实验室、不列颠哥伦比亚大学、加拿大高级研究所，以及谷歌公司的科学家们共同撰写。
对于《自然》杂志来说，发表任何关于这一被认为是不可信的领域的研究都是耸人听闻的，但谷歌的一位代表出现在作者名单上，这无疑是第二个惊喜。而且，还有一个信号是。文章中报道的合作研究由谷歌赞助的，并得到了美国和加拿大联邦资助的科研机构的一些间接支持。

该篇在《自然》杂志所发表文章的标题是"重新审视冷核聚变的冷案例"（Revisiting the cold case of cold fusion），文章描述了一项旨在独立、重新审视的角度看待“冷聚变”的合作研究的初步结果。
这个由谷歌赞助的项目于2015年启动。它组建了一个新的研究团队网络，这些团队着手设计和开展实验，以测试"冷聚变"实验人员提出的关键主张的有效性。值得注意的是，有经验的“冷聚变”研究老手被刻意不纳入团队之中，以确保排除一些惯性思维对研究的阻碍。
该篇文章强调了谷歌团队为解决从一开始就困扰“冷聚变”实验的技术难题所做的努力，并指出 "要建造必要的仪器和进行数量可观的统计实验，需要几年时间，而不仅仅是几个月。"
那么现在的结果如何呢？根据论文作者的说法来看，到目前为止，到目前为止，还没有发现任何可被选作研究“冷聚变现象”的迹象。相信有些读者读到这里，可能会得出这样的结论： "你看，这不又多了一个‘冷聚变’不存在的证据！" 然而，这显然不是这一篇能发表在《自然》期刊上论文作者的所想要得出的结论。
事实上，正如笔者在ICCF-22会议上了解到的那样，谷歌赞助的研究工作仍然在进行中，而且实际上其正在扩大规模。那么，为什么现在要发表这样一篇文章呢？显然，其目的不在于实验结果本身——这只是初步的，而是为了打破科学界对“冷聚变“研究的禁忌。并吸引更多的人参与到这项工作中来。

这篇发表在《自然》杂志上的文章以一种不同寻常的“号召行动”进行结尾，该文作者在文中部分声明:
“我们对该研究努力的根本动机是，我们的社会迫切需要在清洁能源方面取得突破。寻求突破就需要冒险，而我们认为重新审视‘冷聚变’是一个值得冒的风险。我们希望我们的历程能够激励其他人在这个有趣的参数空间中产生和贡献数据。
我们认为，这不是孤注一掷的努力。即使我们找不到一种具有变革性的能源……寻找‘冷聚变’的参考实验，仍然是一项值得追求的目标，因为对理解和控制物质的异常状态的探索既有趣又重要。”

03“冷聚变”理论问题——一个极其漫长的“盲人摸象”过程
接下来，不得不说的是关于“冷聚变”研究的理论方面。不可否认的是，目前，没有一种单一的、经过实验证明的理论，可以解释“冷聚变”实验中观察到的现象。相反，我们倒是有各种样有趣的假说理论，其中许多还相互矛盾。
形象的来说，这就是一个"盲人摸象 "的过程。科研人员就像一个“盲人”一样，用手感受“动物”（真实的科学理论）的不同“部位”（科学现象），每个“盲人”都得出了不同的“结论”（假说）。显然，没有一个合理的理论指导，“冷聚变”实验研究人员也是在黑暗中摸索。另外，不排除的可能是——当第一个说摸到“大象”的人，其可能摸的是“老鼠”（实验现象或数据错误），这将导致后续的“盲人”们一直在“抓瞎”，或者由于惯性思维认为其也摸到了“大象”。
在这种情况下，ICCF-22会议的亮点之一是麻省理工学院(MIT)的彼得哈格尔斯坦(Peter Hagelstein)及其合作者的一系列演讲报告，他们正在计划在“冷聚变”领域展开新的活动。哈根斯坦 （Hagelstein）的理论有一个优势，就是预测了与“冷聚变”本身没有直接联系的重要且可验证的物理效应。

任何“冷聚变”理论的核心问题：都是想要理解当原子核位于晶体的高密度和高度结构化环境中时，原子核的行为如何变化的。
直到最近，核物理学几乎完全忽略了，这样一种环境对我们可以称之为“原子核内部寿命”（the inner life of a nucleus）的可能影响。核物理学和固态物理学，在这个意义上被认为是完全分离的学科。
然而，根据哈格尔斯坦（Hagelstein）的观点，现代量子理论提供了原子核和其所嵌入的晶体晶格的振动之间存在着一种耦合——被称为声子（phonons）振动。
其中，原子核可以将大量的能量传递给声子，声子最终会以热能而不是高能辐射的形式出现。应用于刚刚经过核聚变反应形成的原子核，这也可以解释“冷聚变”实验中没有大量辐射的原因。
此外，附近的原子核通过声子相互作用的能力，可能为核反应（如核聚变）提供了一种机制，例如，在晶体环境中可以以极高的速率发生核聚变。所有这些都为“冷聚变”提供了一种可能的解释。

然而，哈格尔斯坦（Hagelstein）的理论独立地预测了，在晶体中相当远的距离内能量从一个原子核转移到另一个原子核的可能性。随后，麻省理工学院（MIT）的研究小组也恰好获得了这种现象的有力实验证据。
在晶体中新发现的"核激发转移 (nuclear excitation transfer)"形式，本身就可能有重大的技术应用。这是我们现今所看到的“冷聚变”研究中，众多潜在衍生产物的例子之一。
如要阅读本系列的第一部分，请点击文首。接下来，笔者将会介绍该系列的第三部分：亚洲和“冷聚变”的商业未来——不仅仅是日本，中国和印度可能会成为领跑者。

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撰写：GolevkaTech
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