Холодный синтез: желаемое или действительное?

«Между холодным синтезом и уважаемой наукой нет практически никакой связи, потому что «холодные синтезаторы» видят себя как сообщество в осаде и не поощряют внутреннюю критику. Эксперименты и теории, как правило, выдаются за чистую монету, чтобы не подливать масла в огонь критики извне, если уж кому-то за пределами группы заблагорассудится послушать. В этих условиях процветают психи, и тем хуже для тех, кто верит, что они занимаются серьезной наукой». — Дэвид Гудстейн

Одно из самых громких обещаний ядерной физики — это дешевая, чистая, обильная энергия. В то время как атомным электростанциям на основе деления приходится иметь дело с высокорадиоактивными материалами и конечными продуктами, а Солнце — источник ядерного синтеза — находится за 150 миллионов километров, на Земле процветает мечта создания домашнего реактора синтеза. Этот самый синтез, будь он «холодный» или LENR («низкоэнергетические ядерные реакции»), нам обещают с 1980-х годов. Якобы, он удовлетворит все наши потребности в энергии, как уже существующие, так и грядущие. Только вот никто еще не выводил работающее устройство холодного синтеза на рынок, не говоря уж о получении хоть какого-нибудь одобрения со стороны мирового сообщества. Что происходит?

Самый лучший способ извлечь энергию из материи — это преобразовать ее массу в энергию напрямую, по формуле Эйнштейна E = mc². В отличие от химических реакций, которые высвобождают энергию в электрон-вольтах (эВ) на атом, в котором протекают, ядерные реакции — вроде синтеза и деления — выпускают мегаэлектрон-вольты (МэВ) энергии на атом: в миллион раз больше. Самый мощный ядерный взрыв, который когда-либо гремел на Земле, в энергетическом эквиваленте был равен примерно массе яблока и был достаточно силен, чтобы уничтожить большой город целиком.

Даже Солнце, работающее на ядерном синтезе, преобразовало порядка 0,03% своей массы в энергию за 4,5 миллиарда лет своей жизни: это примерно масса Сатурна. Ядерный синтез, однако, протекает между заряженными частицами вроде атомных ядер, и барьер отталкивания таких зарядов весьма силен. Чтобы подвести два протона достаточно близко, чтобы они слились, потребуется температура в 4 миллиона Кельвинов, которая приведет к уже известному нам синтезу: горячему синтезу. По этой причине для зажигания ядерного синтеза в водородной бомбе, самом мощном оружии, придуманном людьми, необходима ядерная бомба. По части магнитного ограничения синтеза (конфайнмента) и инерциального конфайнмента, когда мощные магнитные поля или серия лазерных импульсов удерживают и сжимают плазму, заставляя ядра сливаться, за последние несколько десятилетий был достигнут определенный прогресс. В ходе этих реакций извлекается все больше и больше энергии, чем было затрачено на их запуск и поддержание, но мы все еще далеки от точки невозврата: когда в процессе реакции появляется намного больше энергии, чем было затрачено на запуск всей цепочки реакций.

Если мы сможем достичь точки безубыточности, это будет настоящий прорыв, поскольку энергия синтеза чистая, не производит радиоактивных отходов, а топливо для нее дешевое и практически неограниченное. Пока что традиционный «горячий синтез» требует поддержания невероятно высоких температур, чтобы все работало, а для этого нам нужно построить собственное миниатюрное солнце; собственно, эти технические трудности прежде всего объясняют, почему мы до сих пор никуда не пришли. Но есть и другая возможность: холодный синтез. Вместо того чтобы поддерживать температуры в миллионы градусов, холодный синтез — недавно переименованный в LENR — в теории позволит эффективно проводить повторяющиеся реакции при значительно более низких температурах, в тысячи градусов или даже чуть выше комнатной температуры. Он мог бы обеспечить нас дешевой и изобильной энергией и даже поселиться в каждом доме.

Похоже на вымысел, не так ли? Красивая сказка, придуманная учеными, которые пытаются оправдать собственные потуги. Существует одна старая история, которая по своей природе очень похожа на сказки про холодный синтез. Она началась еще в 1770 году, еще когда никто не мог подумать не то чтобы о ядерном синтезе — даже современной теории атомов не существовало. Это история про самый первый автомат для игры в шахматы, Mechanical Turk («Механический турок») Вольфганга фон Кемпелена.

Почти за двести лет до изобретения современного компьютера «Турок» мог предложить очень сильную игру в шахматы, выиграл большинство своих игр и победил почти всех, не считая самых лучших игроков на то время. Его считали мистификацией, но множество выставок, на которых показали машину, подтвердили ее подлинность. Машина, казалось, не только обладает незаурядным шахматным мастерством, но и может обнаруживать подставные ходы.

«Турок» нуждался в ручной заводке, чтобы работать; было слышно, как внутри него поворачивались шестеренки. В дополнение к нижним ящикам, в которых были шахматная доска и фигуры, у него было шесть дверец, три спереди и три сзади. За левой дверью был набор взаимосвязанных металлических зубчатых колес, которые действительно поворачивались, если их завести. За правыми двумя была красная подушка и открытое пространство. Если открыть все три двери, можно было увидеть все внутренности «Турка».

После победы во всех, кроме самого сильного регионального состязания, «Турок» отправился по Европе, где сыграл кучу игр, в том числе и против одного из самых сильных игроков того времени Андре Филидора, который хоть и победил, назвал игру с «Турком» одной из самых утомительных в своей жизни.

Но шестеренки слева и ящики на дне были ложными; они занимали лишь треть пространства, позволяя оператору — невысокому человеку, который скрывался внутри — оставаться незамеченным, когда правые двери были открыты. «Турок» был не автоматом, а очень хорошо спроектированной машиной, которой управлял оператор внутри. Но обман был раскрыт лишь в 1820-х годах. Пройдет еще 200 лет, и по-настоящему автоматическая программа наконец научится играть в шахматы на уровне «Турка».

К чему вся эта история? Она напоминает нам игру в холодный синтез, поскольку механического турка можно было поймать по целому ряду признаков обмана. Люди могли бы потребовать инструкции о том, как построить себе такого же, а после того, как у них ничего бы не получилось, они бы поняли, что все тлен. Люди могли испытать это устройство независимо, разобрать, проанализировать и потрогать каждый компонент. И тогда они бы выяснили, что либо устройство не работает, либо в нем сидит человек. Они могли потребовать, чтобы изобретательно на их глазах изготовил точную копию, а после собрал механизм.

Но обман нельзя было бы раскрыть, если бы в устройстве были недоступные скрытые компоненты; если бы к нему передавались внешние сигналы, которые остались бы незамеченными; если бы кто-то исподтишка изменял устройство, когда никто не смотрит; или если бы кто-то выдавал внешний сигнал за сигнал, полученный от устройства. И у каждого работающего устройства холодного синтеза обнаруживались именно эти проблемы.

Хотя над холодным синтезом и устройствами LENR работает много ученых — и маргинальных, и энтузиастов, и серьезных — существует лишь один тип эксперимента, который отвечает научному набору критериев надежной и воспроизводимой науки: мюонный катализ ядерных реакций синтеза, или просто мюонный катализ. Атомы водорода состоят из протонов и электронов, и поскольку электроны довольно легкие, их физические размеры составляют порядка 10^-10 метра. Вы можете собрать множество атомов вместе достаточно близко, но их ядра, размер которых порядка 10^-15 метра, никогда не сойдутся достаточно близко при таких низких температурах, чтобы их волновые функции перехлестнулись достаточно, чтобы запустить синтез. Но если вы замените электрон мюоном, нестабильной частицей со временем жизни в 2,2 микросекунды, атом водорода станет в сотни раз меньше. И тогда волновые функции смогут накладываться и начнется низкоэнергетический синтез.

И это был бы замечательный источник энергии, если бы производство и управление мюонами не стоило так дорого само по себе. Из всех прочих идей, механизмов и устройств, нет такого эксперимента, который можно провести с протеканием синтеза и получить больше энергии, чем вы затратите. Не было опубликовано ничего, что проверила бы и одобрила группа авторитетных и независимых ученых. И нет никаких устройств, несмотря на бесконечные демонстрации, которое можно было бы купить, исследовать, использовать или просто разбить без помощи так называемых изобретателей. Несмотря на заявления, которые вы могли услышать от энтузиастов холодного синтеза типа Андреа Росси или Defkalion, никто из них так и не сделал работающего устройства, которое можно было бы пощупать самостоятельно или провести независимый эксперимент. Любое утверждение об обратном не выдержит никакой критики.

Это не говорит о том, что они лгут, что LENR невозможен или что все это глобальный обман. Но доказывать, что кто-то нас обманывает, это не задача науки; это задача хорошего ученого — доказывать, что мы не обманываем сами себя, когда делаем экстраординарные заявления. Как только это прояснится и люди, которые пытаются доказать возможность холодного синтеза, как говорится, «начнут с себя», тогда мы им поверим. Но до тех пор мы будем оставаться скептиками. Ведь как сказал Ричард Фейнман:

«Первый принцип — ты не должен обманывать себя. А тебя обмануть проще всех».