第344章 83首次人工核聚变
第344章83首次人工核聚变
但凡能在科学史上留下姓名的人，其自身的能力还有水平，都不应该受到轻视。
就拿光学史上的一个错误，泊松亮斑来说，菲涅耳在法国科学院的会议上，提出来了光能够衍射。
为了驳倒他这个“荒谬至极”的观点，维持光的粒子说的稳固地位不被动摇，索邦大学的数学教授泊松想尽办法希望能够找到反例，用不可辩驳的实验现象来让坚持光的波动说这种“歪理邪说”的菲涅尔哑口无言。
他绞尽脑汁，终于想到了一个圆盘实验：如果光通过一个不透明的圆盘，如果能够发生衍射的话，那么在距离圆盘一定距离的地方，圆盘的影子中央应该会出现一个亮斑。
这对当时认为光是一种粒子，光在均匀介质当中沿着直线传播的绝大部分物理学家来说，是绝对不可以被接受的暴论。
这些粒子说的信徒们，根本连实验都不惜得去做，因为这个计算结果完全违背他们的直觉，也违背他们所坚持的事实。
泊松想要以此来证明菲涅耳的衍射理论是错误的，可没想到同样是在法国科学院里，有一位叫做阿拉果的物理学家不信邪。
这个简单的光学实验，实验仪器准备起来也不复杂。
阿拉果很快就找到了那个被科学院里绝大部分物理学家们嗤之以鼻的位于圆盘阴影中心处的亮斑，并把这一实验现象在法国科学院的会议上演示，不但让以泊松为首的众多科学家们哑口无言，也用事实证明了光线在传播过程中可以发生衍射，所以它应该是一种波。
这个圆盘影子中央的亮斑，没有被命名成菲涅耳亮斑，也没有以完成实验的这位阿拉果命名，而是被人们约定俗成地称作“泊松亮斑”，未尝不是一种讽刺。
单独看着一段物理学史的记载，那么几年的这位在法国科学院里位高权重的泊松教授，毫无疑问就是故事中最大的反派，是不追求进步固步自封的代表。
可事实上，不说泊松作为一个数学家在数学方面取得的贡献，只说他对物理学的贡献，也绝对不是泊松亮斑这个笑话，而是一个数学记号——泊松括号。
泊松括号在数学里面起着重要作用，在分析力学的哈密顿力学里，也起着重要作用。
泊松提出泊松括号后的一个世纪，这个数学记号还在似乎和他风马牛不相及的量子力学里也大放异彩。
狄拉克发现量子力学当中力学量的对应关系，和哈密顿力学里的泊松括号非常相似，他在此基础上发明了量子泊松括号，也就是所谓的对易子。
一个因为被打脸而成为光学史和物理学史上必不可能被绕开的泊松，其学术水平尚且如此，那就更别说在近现代物理学中很有名气的爱丁顿了。
一提起爱丁顿，给他安上的头衔都是爱因斯坦在英国的最好的朋友和最坚定的支持者，首次通过日食观测证明了广义相对论的天文学家云云。
然而爱丁顿对物理学的贡献远不止于此，但之所以人们提到他的时候总会产生像上面那样的刻板印象，是因为爱因斯坦和相对论实在太过出名，不管真懂还是假懂，人们总爱在这个问题上聊上几句。
爱丁顿能够第一个从质能方程，还有四个氢原子和一个氦原子的质量差距中，联想到质量亏损可以转换成能量，为太阳的燃烧源源不断地充能，就足以见得他本人对物理学的那种直觉有多么敏锐。
只是可惜，爱丁顿提出太阳的能量来源是核聚变的时候，有点儿生不逢时。
因为当时的物理学家们和化学家们，只知道宇宙当中有氢原子和氦原子，不知道这两种元素还各自有各自的同位素。
所以在爱丁顿的计算当中，虽然计算出了四个氢原子核聚变成一个氦原子核的核反应，能够提供足够多的能量为太阳供能，可却不能解释，这个核聚变反应的发生条件，也就是温度要比现实当中观测到的太阳实际温度要高得多。
正如爱丁顿所猜测的那样，由四个氢原子核聚变成为一个氦原子核不假，只不过这个核聚变反应并不是一步完成的，而是要分为几步来进行。
第一步是两个氢原子核聚变成一个氘原子核，同时释放一个正电子和一个电子中微子：
Ｈ+Ｈ→Ｄ+ｅ+ν。
第二步核反应是第一步当中的产物氘，继续和氢原子核进行聚变反应，生成氦－3，并同时释放出一个光子：
Ｄ+Ｈ→He+γ。
第三步的反应才是最终生成氦原子核的反应，最主要的途径是两个氦－3发生聚变，生成一个氦－4，还有两个氢原子：
He+He→He+Ｈ+Ｈ。
当然第三步还有锂、铍和硼参加反应的其他途径，以及整个循环还可能是有碳、氮、氧参与的碳氮氧循环。
但后面这两种核反应在太阳之中的占比比较小，最主要的还是上面提到的这三步。
总的来说，把这三个步骤的反应结合到一起的话，就是六个氢原子核聚变成一个氦原子核，同时再释放出两个氢原子核。
反应两边同时减掉两个氢原子核，就变成四个氢原子核聚变成一个氦原子核，和爱丁顿起初猜测的那个核反应方程，可以说是一模一样。
可两者之间的唯一不同的地方，就是爱丁顿提出来的核反应是一步到位的，而太阳中真实存在的核反应，却是分成了几步进行。
这样一来，对反应环境的要求就不再那么苛刻，也不会再有理论温度和实际温度相差几个数量级那样的矛盾出现了。
爱丁顿之所以没能更进一步地想到，在太阳当中的核聚变反应是分步进行的，不是因为他的想象力匮乏，而是因为他提出来这个理论的时候，氘和氦－3都还没有被科学家们发现。
在原时空中，作为1932年核物理学三大发现当中的第一个，氘在同年被美国的尤里发现。
而氦－3的发现时间则比氘还要晚，不仅建立在尤里发现氘的基础之上，而且还要等到粒子加速器被发明出来之后。
卡文迪许实验室的澳大利亚籍学生马克·奥利芬特在1934年，在由考克罗夫特和沃尔特发明的那台考克罗夫特式的粒子加速器上，用被加速过的快氘核，轰击氢气，然后首次在云雾室中拍到了氦－3原子核的轨迹。
——不管在哪个时空里，有了粒子加速器，又有了氘核之后，卢瑟福就总会想着加速氢原子核给氘来这么一下，或者是加速氘原子核给氢原子来这么一下。
区别就是陈慕武顶住了压力，没做这个实验。
而奥利芬特作为一个初来乍到的学生完全照做，就完成了这个发现氦－3的实验。
另外，奥利芬特在卡文迪许实验室里完成的这个氘和氢两个原子核相碰撞，生成氦－3原子核的核反应，也是人类物理学史上，第一次成功进行的核聚变。
而一直到了1939年，氦－3才被人们首次从氦气里面分离出来。
巧妇难为无米之炊，爱丁顿也绝不可能在不知道氘和氦－3存在的情况下，直接猜出太阳内进行核反应的正确方程。
人们一直好奇太阳里面那些源源不断的能量究竟源自哪里，这也是为什么玻尔会提出能量不守恒在太阳中存在的原因。
到了后来，就算是粒子加速器已经发明了十几年，人类的物理学家们却依然搞不清楚，核聚变反应究竟应该在什么条件下才会发生。
在1943年，珍珠港都过去了一年多的时间，美国和本在太平洋上打得不可开交，研制原子弹的“曼哈顿计划”也在美国国内如火如荼地进行着。
都已经到了这个时候，曼哈顿计划在物理学上的总负责人奥本海默依然在纠结思考着一个很严重的问题。
原子弹爆炸靠的是核裂变，但是在核裂变之后释放能量产生的高温和高压当中，氢和其他较轻的原子核，很可能聚变成质量更大的原子核，并且释放大量能量。
——就像太阳里面无时无刻都在发生的那样，氢会聚变成氘，氢和氘又会聚变成氦－3。
而地球是三分海洋七分陆地，海水当中存在的氘原子，要比空气中多得多。
还有就是空气中的氦气也不太稳定，只不过是比海水中的氘稍微稳定一些而已。
奥本海默担心的问题就是，如果原子弹爆炸之后，产生了不受人类控制的链式反应，氢变氘，氢、氘变氦－3……等等，海洋里的水和大气里面的空气都会被点燃，地球陷入无尽的熊熊燃烧之中，并最终走向毁灭。
奥本海默自己一个人不敢承担如此严重的后果，他只能去找那个向军方建议自己担任物理学总负责人的伯乐，康普顿去商量这件可能发生的事情。
他们两个人对此都很悲观，觉得与其让自己亲自参与的冒险活动把地球上的全部人类都送入到万劫不复的深渊，还不如消极接受纳Ｃ的奴役通知。
可是军方那边催得又很紧，爱因斯坦和其他科学家们联名上书罗斯福，说德国那边也在加紧研制原子弹这种不讲武德的大杀器。
他们又不得不必须抢在德国佬儿前面，把这种可能会开启地狱之门的钥匙给制作出来。
最终还是康普顿拍板做了决定，如果计算出的结果证实，地球会被原子弹毁灭的概率超过千分之零点零零三，那他就会叫停曼哈顿计划。
幸亏在最后，康普顿的计算结果低于这个康普顿设定的数值，曼哈顿计划可以顺利地继续下去，小日子也能幸运地体验到什么叫做“雷霆雨露，俱是君恩”。
到1943年，全球最顶尖的物理学家们还在担心核聚变会不会让地球毁灭，那么1927年，美国的那位叫做埃尔维的天文学家杞人忧天地担心太阳有一天会爆炸，也无可厚非。
见到坐在自己对面的陈慕武表情凝重，一言不发，《泰晤士报》的记者在自己的笔记本上悄悄写着些什么东西。
“在我提出这个问题之后，剑桥大学的中囯陈一言不发，陷入到了很长一段时间的深深思考当中，看上去好像太阳爆炸这个问题十分严峻，让他很纠结。”
记者在写下这段话之后，就打算出声提醒陈慕武，毕竟他这次来到剑桥，是带着一定的zz任务的。
不能让英国的民众们因为美国天文学家的一句“可能”就变得恐慌，开始惶惶不可终日，每天都在担心着世界末日的到来。
英国政府那边的意思是，天文学家们必须在这个时候站出来，不管他们的发言是正确还是错误，都必须要起一个稳定民心的效果。
所以前来剑桥采访的事，才会交给在一定程度上会代表政府发声的《泰晤士报》，去格林尼治皇家天文台采访的，也是报社里的其他记者。
来到剑桥的这位记者甚至都做好了如果陈慕武不体面，说一些不利于稳定民心的话，他就在报道上下功夫，帮陈慕武体面的打算。
“陈博士……”
“啊，啊！”听到呼唤的陈慕武这才抬起头，一脸歉意，“不好意思，记者先生，我刚刚在思考一些问题，一不留神就怠慢了你。
“你是来询问我关于美国那位天文学家提出来的，太阳随时都可能会爆炸这件事的看法，对吧？
“对此我的观点是，这件事完全就是无稽之谈，我们头顶上的太阳稳定得很，就算我们地球上位于太平洋中的某座小岛发生爆炸，太阳也绝无发生爆炸的可能。
“我想那位天文学家可能是错误地估计了太阳为整个太阳系提供能量的来源。
“二十年代初，剑桥大学天文台台长爱丁顿教授，第一个提出太阳内部可能正在进行着核聚变，由四个氢原子核聚变成一个氦原子核，减少的质量转变成了能量。但是因为这个反应温度要比太阳的温度高得多，所以被其他的物理学家们所怀疑和否定。
“几年之前，我和几位同事曾经在伦敦的戴维－法拉第实验室里发现了氢的同位素氘，那么太阳当中的核反应，很可能不是一步直达，而是分成几步完成的呢？比如说两个氢原子核发生聚变，产生一个氘原子核，然后两个氘原子核再进一步聚变，产生一个氦原子核？这样一来，是否温度就会降低一些？
“科学研究不能只靠猜测，我打算尽快在卡文迪许实验室里模拟太阳中可能存在的核聚变反应，然后在第一时间向公众公布结果，用实验事实来打消大家最近一段时间的恐惧。”
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但凡能在科学史上留下姓名的人，其自身的能力还有水平，都不应该受到轻视。
就拿光学史上的一个错误，泊松亮斑来说，菲涅耳在法国科学院的会议上，提出来了光能够衍射。
为了驳倒他这个“荒谬至极”的观点，维持光的粒子说的稳固地位不被动摇，索邦大学的数学教授泊松想尽办法希望能够找到反例，用不可辩驳的实验现象来让坚持光的波动说这种“歪理邪说”的菲涅尔哑口无言。
他绞尽脑汁，终于想到了一个圆盘实验：如果光通过一个不透明的圆盘，如果能够发生衍射的话，那么在距离圆盘一定距离的地方，圆盘的影子中央应该会出现一个亮斑。
这对当时认为光是一种粒子，光在均匀介质当中沿着直线传播的绝大部分物理学家来说，是绝对不可以被接受的暴论。
这些粒子说的信徒们，根本连实验都不惜得去做，因为这个计算结果完全违背他们的直觉，也违背他们所坚持的事实。
泊松想要以此来证明菲涅耳的衍射理论是错误的，可没想到同样是在法国科学院里，有一位叫做阿拉果的物理学家不信邪。
这个简单的光学实验，实验仪器准备起来也不复杂。
阿拉果很快就找到了那个被科学院里绝大部分物理学家们嗤之以鼻的位于圆盘阴影中心处的亮斑，并把这一实验现象在法国科学院的会议上演示，不但让以泊松为首的众多科学家们哑口无言，也用事实证明了光线在传播过程中可以发生衍射，所以它应该是一种波。
这个圆盘影子中央的亮斑，没有被命名成菲涅耳亮斑，也没有以完成实验的这位阿拉果命名，而是被人们约定俗成地称作“泊松亮斑”，未尝不是一种讽刺。
单独看着一段物理学史的记载，那么几年的这位在法国科学院里位高权重的泊松教授，毫无疑问就是故事中最大的反派，是不追求进步固步自封的代表。
可事实上，不说泊松作为一个数学家在数学方面取得的贡献，只说他对物理学的贡献，也绝对不是泊松亮斑这个笑话，而是一个数学记号——泊松括号。
泊松括号在数学里面起着重要作用，在分析力学的哈密顿力学里，也起着重要作用。
泊松提出泊松括号后的一个世纪，这个数学记号还在似乎和他风马牛不相及的量子力学里也大放异彩。
狄拉克发现量子力学当中力学量的对应关系，和哈密顿力学里的泊松括号非常相似，他在此基础上发明了量子泊松括号，也就是所谓的对易子。
一个因为被打脸而成为光学史和物理学史上必不可能被绕开的泊松，其学术水平尚且如此，那就更别说在近现代物理学中很有名气的爱丁顿了。
一提起爱丁顿，给他安上的头衔都是爱因斯坦在英国的最好的朋友和最坚定的支持者，首次通过日食观测证明了广义相对论的天文学家云云。
然而爱丁顿对物理学的贡献远不止于此，但之所以人们提到他的时候总会产生像上面那样的刻板印象，是因为爱因斯坦和相对论实在太过出名，不管真懂还是假懂，人们总爱在这个问题上聊上几句。
爱丁顿能够第一个从质能方程，还有四个氢原子和一个氦原子的质量差距中，联想到质量亏损可以转换成能量，为太阳的燃烧源源不断地充能，就足以见得他本人对物理学的那种直觉有多么敏锐。
只是可惜，爱丁顿提出太阳的能量来源是核聚变的时候，有点儿生不逢时。
因为当时的物理学家们和化学家们，只知道宇宙当中有氢原子和氦原子，不知道这两种元素还各自有各自的同位素。
所以在爱丁顿的计算当中，虽然计算出了四个氢原子核聚变成一个氦原子核的核反应，能够提供足够多的能量为太阳供能，可却不能解释，这个核聚变反应的发生条件，也就是温度要比现实当中观测到的太阳实际温度要高得多。
正如爱丁顿所猜测的那样，由四个氢原子核聚变成为一个氦原子核不假，只不过这个核聚变反应并不是一步完成的，而是要分为几步来进行。
第一步是两个氢原子核聚变成一个氘原子核，同时释放一个正电子和一个电子中微子：
Ｈ+Ｈ→Ｄ+ｅ+ν。
第二步核反应是第一步当中的产物氘，继续和氢原子核进行聚变反应，生成氦－3，并同时释放出一个光子：
Ｄ+Ｈ→He+γ。
第三步的反应才是最终生成氦原子核的反应，最主要的途径是两个氦－3发生聚变，生成一个氦－4，还有两个氢原子：
He+He→He+Ｈ+Ｈ。
当然第三步还有锂、铍和硼参加反应的其他途径，以及整个循环还可能是有碳、氮、氧参与的碳氮氧循环。
但后面这两种核反应在太阳之中的占比比较小，最主要的还是上面提到的这三步。
总的来说，把这三个步骤的反应结合到一起的话，就是六个氢原子核聚变成一个氦原子核，同时再释放出两个氢原子核。
反应两边同时减掉两个氢原子核，就变成四个氢原子核聚变成一个氦原子核，和爱丁顿起初猜测的那个核反应方程，可以说是一模一样。
可两者之间的唯一不同的地方，就是爱丁顿提出来的核反应是一步到位的，而太阳中真实存在的核反应，却是分成了几步进行。
这样一来，对反应环境的要求就不再那么苛刻，也不会再有理论温度和实际温度相差几个数量级那样的矛盾出现了。
爱丁顿之所以没能更进一步地想到，在太阳当中的核聚变反应是分步进行的，不是因为他的想象力匮乏，而是因为他提出来这个理论的时候，氘和氦－3都还没有被科学家们发现。
在原时空中，作为1932年核物理学三大发现当中的第一个，氘在同年被美国的尤里发现。
而氦－3的发现时间则比氘还要晚，不仅建立在尤里发现氘的基础之上，而且还要等到粒子加速器被发明出来之后。
卡文迪许实验室的澳大利亚籍学生马克·奥利芬特在1934年，在由考克罗夫特和沃尔特发明的那台考克罗夫特式的粒子加速器上，用被加速过的快氘核，轰击氢气，然后首次在云雾室中拍到了氦－3原子核的轨迹。
——不管在哪个时空里，有了粒子加速器，又有了氘核之后，卢瑟福就总会想着加速氢原子核给氘来这么一下，或者是加速氘原子核给氢原子来这么一下。
区别就是陈慕武顶住了压力，没做这个实验。
而奥利芬特作为一个初来乍到的学生完全照做，就完成了这个发现氦－3的实验。
另外，奥利芬特在卡文迪许实验室里完成的这个氘和氢两个原子核相碰撞，生成氦－3原子核的核反应，也是人类物理学史上，第一次成功进行的核聚变。
而一直到了1939年，氦－3才被人们首次从氦气里面分离出来。
巧妇难为无米之炊，爱丁顿也绝不可能在不知道氘和氦－3存在的情况下，直接猜出太阳内进行核反应的正确方程。
人们一直好奇太阳里面那些源源不断的能量究竟源自哪里，这也是为什么玻尔会提出能量不守恒在太阳中存在的原因。
到了后来，就算是粒子加速器已经发明了十几年，人类的物理学家们却依然搞不清楚，核聚变反应究竟应该在什么条件下才会发生。
在1943年，珍珠港都过去了一年多的时间，美国和本在太平洋上打得不可开交，研制原子弹的“曼哈顿计划”也在美国国内如火如荼地进行着。
都已经到了这个时候，曼哈顿计划在物理学上的总负责人奥本海默依然在纠结思考着一个很严重的问题。
原子弹爆炸靠的是核裂变，但是在核裂变之后释放能量产生的高温和高压当中，氢和其他较轻的原子核，很可能聚变成质量更大的原子核，并且释放大量能量。
——就像太阳里面无时无刻都在发生的那样，氢会聚变成氘，氢和氘又会聚变成氦－3。
而地球是三分海洋七分陆地，海水当中存在的氘原子，要比空气中多得多。
还有就是空气中的氦气也不太稳定，只不过是比海水中的氘稍微稳定一些而已。
奥本海默担心的问题就是，如果原子弹爆炸之后，产生了不受人类控制的链式反应，氢变氘，氢、氘变氦－3……等等，海洋里的水和大气里面的空气都会被点燃，地球陷入无尽的熊熊燃烧之中，并最终走向毁灭。
奥本海默自己一个人不敢承担如此严重的后果，他只能去找那个向军方建议自己担任物理学总负责人的伯乐，康普顿去商量这件可能发生的事情。
他们两个人对此都很悲观，觉得与其让自己亲自参与的冒险活动把地球上的全部人类都送入到万劫不复的深渊，还不如消极接受纳Ｃ的奴役通知。
可是军方那边催得又很紧，爱因斯坦和其他科学家们联名上书罗斯福，说德国那边也在加紧研制原子弹这种不讲武德的大杀器。
他们又不得不必须抢在德国佬儿前面，把这种可能会开启地狱之门的钥匙给制作出来。
最终还是康普顿拍板做了决定，如果计算出的结果证实，地球会被原子弹毁灭的概率超过千分之零点零零三，那他就会叫停曼哈顿计划。
幸亏在最后，康普顿的计算结果低于这个康普顿设定的数值，曼哈顿计划可以顺利地继续下去，小日子也能幸运地体验到什么叫做“雷霆雨露，俱是君恩”。
到1943年，全球最顶尖的物理学家们还在担心核聚变会不会让地球毁灭，那么1927年，美国的那位叫做埃尔维的天文学家杞人忧天地担心太阳有一天会爆炸，也无可厚非。
见到坐在自己对面的陈慕武表情凝重，一言不发，《泰晤士报》的记者在自己的笔记本上悄悄写着些什么东西。
“在我提出这个问题之后，剑桥大学的中囯陈一言不发，陷入到了很长一段时间的深深思考当中，看上去好像太阳爆炸这个问题十分严峻，让他很纠结。”
记者在写下这段话之后，就打算出声提醒陈慕武，毕竟他这次来到剑桥，是带着一定的zz任务的。
不能让英国的民众们因为美国天文学家的一句“可能”就变得恐慌，开始惶惶不可终日，每天都在担心着世界末日的到来。
英国政府那边的意思是，天文学家们必须在这个时候站出来，不管他们的发言是正确还是错误，都必须要起一个稳定民心的效果。
所以前来剑桥采访的事，才会交给在一定程度上会代表政府发声的《泰晤士报》，去格林尼治皇家天文台采访的，也是报社里的其他记者。
来到剑桥的这位记者甚至都做好了如果陈慕武不体面，说一些不利于稳定民心的话，他就在报道上下功夫，帮陈慕武体面的打算。
“陈博士……”
“啊，啊！”听到呼唤的陈慕武这才抬起头，一脸歉意，“不好意思，记者先生，我刚刚在思考一些问题，一不留神就怠慢了你。
“你是来询问我关于美国那位天文学家提出来的，太阳随时都可能会爆炸这件事的看法，对吧？
“对此我的观点是，这件事完全就是无稽之谈，我们头顶上的太阳稳定得很，就算我们地球上位于太平洋中的某座小岛发生爆炸，太阳也绝无发生爆炸的可能。
“我想那位天文学家可能是错误地估计了太阳为整个太阳系提供能量的来源。
“二十年代初，剑桥大学天文台台长爱丁顿教授，第一个提出太阳内部可能正在进行着核聚变，由四个氢原子核聚变成一个氦原子核，减少的质量转变成了能量。但是因为这个反应温度要比太阳的温度高得多，所以被其他的物理学家们所怀疑和否定。
“几年之前，我和几位同事曾经在伦敦的戴维－法拉第实验室里发现了氢的同位素氘，那么太阳当中的核反应，很可能不是一步直达，而是分成几步完成的呢？比如说两个氢原子核发生聚变，产生一个氘原子核，然后两个氘原子核再进一步聚变，产生一个氦原子核？这样一来，是否温度就会降低一些？
“科学研究不能只靠猜测，我打算尽快在卡文迪许实验室里模拟太阳中可能存在的核聚变反应，然后在第一时间向公众公布结果，用实验事实来打消大家最近一段时间的恐惧。”
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