從能源問題談科學預見和自然法則

Ming Cheng

我在網上寫了 科學帶來的問題並不在於科學本身
http://bbs.creaders.net/tea/bbsviewer.php?trd_id=990783&blog_id=191349 一段小文，在後面與網友互動的時候做了一句評論：其實核能是很髒的能源，至少目前如此。 這句話引發了論壇上大量和激烈的與科學有關或無關的討論。為此再多說幾句。核能是很髒的能源，至少目前如此，這句話其實只是描述一個事實。 如同說加州今年乾旱嚴重，至少目前如此， 沒有什麼問題。 即使今年下半年還會下雨，據說１１月份會，但也改變不了目前的事實。 關於核能也是如此,   即使是若干年以後會有乾淨和安全的核能可用。

但我想說的不是這個小問題，我想說的是一個比較大的問題， 就是科學的限制和預見。 回憶小時候，我們都讀過１０萬個為什麼和科學家談２１世紀。許多同學走上學習科學的道路，可能都是為那些無所不能的科學研究所引導。 在那個時代，許多人相信科學的發展最終會解決許多人類的根本問題，甚至比如在地球毀滅之前帶領人類離開銀河系去尋找新的居住星球，或讓人類長生不老之類。 科學確實也解決了許多問題，今天看來，科學家當時談２１世紀的預見還是十分保守。  但另一方面， 他們也沒有預料到科學成就所帶來的副作用，更沒有看到科學本身的限制.   人們慢慢地發現，科學其實也有它的限制。科學不但只是發現自然法則， 並不能改變自然法則.   而且有它的極限.  前文我談到， 哈佛某著名牛獎獲得者曾談到科學的終結，也是基於這個原因，他的理由就是物理已經走到了極限，剩下的基本問題科學已經不能解決。當然可以繼續研究討論，但更多地已經轉化為哲學問題或數學遊戲。 這個問題很深，我們先來談一個小一點的問題，就是科學預見的問題。 現在很多人，特別是政治家，或者是物理學家兼政治家， 都相信核聚變將是人類最後的乾淨和幾乎免費的能源。 跟以前一樣，給我們畫了一個又一個美麗的前景。

具體來說， 可控核聚變是一個很老問題，在我們８０年代上大學的時候就接觸到。當時國內科學家就分為兩派，當時的中國科學院院長，一位有許多實際重大成果的科學家，給我們做報告的時候就堅決認為核聚變過程由於其本質和物理的原則是不可控制的。並非技術上的改進可以實現。這樣的深邃的見解給了我很深刻的印象，後來由於專業關係和興趣一直對激光可控核聚變有所追蹤， 所以我在網上討論核聚變的時候又；評論了一句， the difficulty  for it (核聚變 ) is not achievable  but controllable.

現在看來， 那位科學院院長水平不錯，至少３０多年過去，在可控核聚變上並無物理上的突破性進展。

維基百科今天仍然如此說， 目前人類已經可以實現不受控制的核聚變，如氫彈的爆炸；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類有效利用，必須能夠合理的控制核聚變的速度和規模，實現持續、平穩的能量輸出；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變，但是現在看來還有很長的路要走。目前主要的幾種可控制核聚變方式：超聲波核聚變、激光約束（慣性約束）核聚變、磁約束核聚變（托卡馬克）。

美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的等離子物理學家格倫.烏爾登(Glen Wurden) 也認為：“激光可控核聚變技術完全不成熟。”他指出，另一種核聚變方式——磁約束核聚變(magnetic confinement fusion)以及這種方式的標誌性項目、耗資210億美元的國際熱核聚變實驗堆(ITER)也遇到了很多困難，以至於研究停滯不前。大家把ITER進展遲緩，研究費用不斷膨脹，都歸咎於一項不成熟的技術，即托卡馬克裝置(tokamak，受控熱核反應裝置), 但有沒有更深刻的原因呢?

即使在將來核聚變能成為一種商用能源， 但在未來一定同樣會有許多新的附帶問題要解決和面對， 一勞永逸的事情在人類社會永遠不會出現，即使有科學的不斷發展。

話說回來，這些研究，跟高溫超導的研究一樣，雖然與實用上的期待還有一定距離，如果我們不談其高昂的研究費用和其不斷未能實現的預見，都非常的有意義。 而且從這些科學家們不屈不饒的研究，我們可以體會一些在這裡研究之外的一些更基本的科學道理，甚至自然法則。 這將在下一堂課講述。