从能源问题谈科学预见和自然法则

Ming Cheng

我在网上写了 科学带来的问题并不在于科学本身
http://bbs.creaders.net/tea/bbsviewer.php?trd_id=990783&blog_id=191349 一段小文，在后面与网友互动的时候做了一句评论：其实核能是很脏的能源，至少目前如此。 这句话引发了论坛上大量和激烈的与科学有关或无关的讨论。为此再多说几句。核能是很脏的能源，至少目前如此，这句话其实只是描述一个事实。 如同说加州今年干旱严重，至少目前如此， 没有什么问题。 即使今年下半年还会下雨，据说１１月份会，但也改变不了目前的事实。 关于核能也是如此,   即使是若干年以后会有干净和安全的核能可用。

但我想说的不是这个小问题，我想说的是一个比较大的问题， 就是科学的限制和预见。 回忆小时候，我们都读过１０万个为什么和科学家谈２１世纪。许多同学走上学习科学的道路，可能都是为那些无所不能的科学研究所引导。 在那个时代，许多人相信科学的发展最终会解决许多人类的根本问题，甚至比如在地球毁灭之前带领人类离开银河系去寻找新的居住星球，或让人类长生不老之类。 科学确实也解决了许多问题，今天看来，科学家当时谈２１世纪的预见还是十分保守。  但另一方面， 他们也没有预料到科学成就所带来的副作用，更没有看到科学本身的限制.   人们慢慢地发现，科学其实也有它的限制。科学不但只是发现自然法则， 并不能改变自然法则.   而且有它的极限.  前文我谈到， 哈佛某著名牛奖获得者曾谈到科学的终结，也是基于这个原因，他的理由就是物理已经走到了极限，剩下的基本问题科学已经不能解决。当然可以继续研究讨论，但更多地已经转化为哲学问题或数学游戏。 这个问题很深，我们先来谈一个小一点的问题，就是科学预见的问题。 现在很多人，特别是政治家，或者是物理学家兼政治家， 都相信核聚变将是人类最后的干净和几乎免费的能源。 跟以前一样，给我们画了一个又一个美丽的前景。

具体来说， 可控核聚变是一个很老问题，在我们８０年代上大学的时候就接触到。当时国内科学家就分为两派，当时的中国科学院院长，一位有许多实际重大成果的科学家，给我们做报告的时候就坚决认为核聚变过程由于其本质和物理的原则是不可控制的。并非技术上的改进可以实现。这样的深邃的见解给了我很深刻的印象，后来由于专业关系和兴趣一直对激光可控核聚变有所追踪， 所以我在网上讨论核聚变的时候又；评论了一句， the difficulty  for it (核聚变 ) is not achievable  but controllable.

现在看来， 那位科学院院长水平不错，至少３０多年过去，在可控核聚变上并无物理上的突破性进展。

维基百科今天仍然如此说， 目前人类已经可以实现不受控制的核聚变，如氢弹的爆炸；也可以觸發可控制核融合，只是輸入的能量大於輸出、或發生時間極短。但是要想能量可被人类有效利用，必须能够合理的控制核聚变的速度和规模，实现持续、平稳的能量输出；而觸發核融合反應必須消耗能量（約1億度），因此人工核融合所產生的能量與觸發核融合的能量要到達一定的比例才能有經濟效應。科學家正努力研究如何控制核聚变，但是现在看来还有很长的路要走。目前主要的几种可控制核聚变方式：超声波核聚变、激光约束（惯性约束）核聚变、磁约束核聚变（托卡马克）。

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的等离子物理学家格伦.乌尔登(Glen Wurden) 也认为：“激光可控核聚变技术完全不成熟。”他指出，另一种核聚变方式——磁约束核聚变(magnetic confinement fusion)以及这种方式的标志性项目、耗资210亿美元的国际热核聚变实验堆(ITER)也遇到了很多困难，以至于研究停滞不前。大家把ITER进展迟缓，研究费用不断膨胀，都归咎于一项不成熟的技术，即托卡马克装置(tokamak，受控热核反应装置), 但有没有更深刻的原因呢?

即使在将来核聚变能成为一种商用能源， 但在未来一定同样会有许多新的附带问题要解决和面对， 一劳永逸的事情在人类社会永远不会出现，即使有科学的不断发展。

话说回来，这些研究，跟高温超导的研究一样，虽然与实用上的期待还有一定距离，如果我们不谈其高昂的研究费用和其不断未能实现的预见，都非常的有意义。 而且从这些科学家们不屈不饶的研究，我们可以体会一些在这里研究之外的一些更基本的科学道理，甚至自然法则。 这将在下一堂课讲述。