摘要:我想不少网友听过这么个段子,那就是人类在经过这几十年的艰苦研发之后,终于实现了可控核聚变,可是实现可控核聚变之后,我们依旧只是拿它来烧开水!初听这段子也许我们只会是笑笑,毕竟我们虽然依旧是拿烧开水的方式来转换能量方式,但是至少我们是在用更先进的技术在烧开水了!
文/胡铁瓜
我想不少网友听过这么个段子,那就是人类在经过这几十年的艰苦研发之后,终于实现了可控核聚变,可是实现可控核聚变之后,我们依旧只是拿它来烧开水!初听这段子也许我们只会是笑笑,毕竟我们虽然依旧是拿烧开水的方式来转换能量方式,但是至少我们是在用更先进的技术在烧开水了!可是如果细细琢磨一下,我们就会发现,在完成可控核聚变之后,人类真的就要面临一个非常可怕的问题,那就是我们的科技发展似乎已经走到了尽头!
2025年初,中国的全超导托卡马克EAST装置再次打破纪录,在1亿摄氏度高温下实现了1066秒的长脉冲运行。与此同时,合肥的BEST装置正加紧建设,目标在2027年开展氘氚实验,冲击全球首个能量增益Q>5的突破。
而在全球范围内,可控核聚变的竞争也已白热化。美国Helion Energy公司承诺在2028年前开始通过核聚变发电,中国则计划在2040年后实现聚变-裂变混合堆的商业应用。
曾几何时,可控核聚变被戏称为“永远差50年”的科学幻想。但如今,这一魔咒正在被打破。全球范围内,聚变能源开发已进入冲刺阶段。中国工程院院士彭先觉明确指出:“Z箍缩聚变-裂变混合堆有望在2040年实现商业应用,引领先进核能开发。”
截至2025年,全球聚变行业总投资额已从2021年的19亿美元飙升至97亿美元,增长超过414%。这股投资热潮背后是各国对终极能源的渴望。
科技巨头们也纷纷押注:谷歌与CFS公司签署200兆瓦聚变电力采购协议,微软则向Helion Energy预订50兆瓦电力。这些购电协议表明,可控核聚变正从实验室走向商业现实。
可是要知道,关于可控核聚变的理论都是是近一百年前就完成了的。这一百年里,人类造出了能撞碎粒子的加速器,能看到百亿光年外星系的望远镜,可是理论物理进步的幅度却非常有限,也就是说现在包括可控核聚变在内的所有应用物理都是在吃之前的老本。就像老家盖房子,地基挖好后迟迟不能往上盖,因为没有了往上盖的图纸,工匠们只能围着地基砌墙、铺砖,看着再精致,也成不了高楼。
可控核聚变的原理说白了就是爱因斯坦的质能方程,轻核聚合成重核时丢点质量,换成能量释放出来,这理论上世纪初就有人算明白了。现在各国抢着建的聚变装置,不管是花了220亿美元的ITER,还是咱们的“东方超环”,本质上都是在给这个百年理论搭“实验大棚”。ITER搞了这么多年还没实现稳定发电,核心难题就是那团上亿度的等离子体不听话,一会儿紊乱一会儿降温。咱们能把温度烧到太阳核心的好几倍,却搞不懂微观粒子在里面是怎么折腾的,这其实就是理论跟不上技术的明证!
更要命的是,为了驯服这团人造太阳,人类已经把应用物理的家底都掏光了。你想啊,要约束上亿度的等离子体,得同时搞定零下269度的超低温、比地球磁场强几十万倍的磁场,还有接近真空的环境,这简直是把材料、控制、制冷等领域往绝路上逼。就说ITER用的Nb₃Sn超导材料,一根线要经过几十道工序,得好几个国家联手才能造出来;咱们国家的聚变装置能做到96%国产化,背后是几千种高端材料一点点啃下来的硬骨头。这就像长跑运动员冲线前把最后一点力气都榨干了,过了线就再也跑不动了。
所以说当今的基础物理学已近百年没有重大突破。相对论和量子力学仍然是现代物理学的两大基石,而如何调和这两者之间的矛盾一直是几代物理学家努力的目标。
当我们掌握了可控核聚变,意味着在现有理论框架下,人类已经触碰到了应用技术的天花板。从能源生产到材料科学,从推进系统到计算技术,都将在现有物理理论框架内修修补补,难有颠覆性突破。
如果基础物理理论没有突破,人类文明可能会面临前所未有的停滞期。想一想,没有新的物理理论,就没有全新的能源获取方式,没有超越化学火箭的推进系统,没有突破光速限制的通信手段,人类的足迹将被永远限制在太阳系内。即使我们拥有了聚变能源,能够大规模开展太阳系内的太空探索,可是在现有物理理论限制下,星际旅行仍将面临难以逾越的技术障碍。
肯定有人会说:“电力革命不就带火了电子产业?聚变肯定也能催出新技术。”但这话没看到关键之处——以前的技术突破,大多是被刚需逼出来的。石油不够用了,光伏、风电才慢慢起来,电池续航不行,快充技术才突飞猛进。可核聚变要是成了,电费可能真降到几分钱,工厂开足马力不用算电费,AI算力随便造不用心疼成本,那些“逼”着人创新的紧迫感一下子就没了。就像饿肚子的时候会想办法种粮,要是饭桌上永远堆着吃不完的馒头,谁还会琢磨怎么改良种子?
更让人揪心的是科研经费的倾斜效应。现在全球搞聚变研究的经费已经占了不少物理领域的预算,美国光给ITER就花了快60亿美元,好多搞粒子物理、宇宙学的项目只能饿着肚子等钱。等聚变真成了气候,各国肯定更愿意把钱投到聚变装置的维护、升级上,毕竟这能直接换来便宜电。到时候搞基础物理研究的,可能真成了“冷门中的冷门”,实验室都快开不下去了,还谈什么突破?
最可怕的不是没钱搞研究,而是会生出“科技到顶了”的错觉。想想看,当人类能在地球上造“小太阳”,用氢硼聚变发出来的电一点辐射没有,很容易就觉得自然的秘密都被咱们猜透了。这种想法要是传开了,教育里可能就不教“探索未知”了,老师只会说“把聚变技术学好就行”,科研机构也懒得冒风险,反正修修补补现有技术就能赚钱,年轻人可能都觉得宇宙也就这样了,没人再愿意熬夜啃理论书。中世纪的人以为地球是宇宙中心,就是被这种错觉困住的,这才是文明发展的死穴。
当然,也有乐观的声音说基础物理没停步。比如中国科学家提的超统一场论,还有人用探测器抓到了中微子,验证了几十年前的猜想。可是这些突破跟相对论、量子力学比起来,就像给旧衣服打补丁,再结实也变不成新衣服。就拿中微子探测来说,科学家们确实抓到了这种“幽灵粒子”,可除了证明以前的理论没说错,也没揭开什么新的宇宙奥秘。这跟当年爱因斯坦提出相对论,直接改写人类对时空的认知,根本不是一个量级的事情!
而且就算可控核聚变能带动点衍生技术,也跳不出那些旧框架。比如超导材料成本降了,能让MRI机器更便宜,更多医院用得起,低温制冷技术进步了,能帮量子计算机降温。但这些以后都只是锦上添花,解决不了“能量到底是什么”“时空有没有缝隙”这类根本问题。而且这些技术的命门还攥在聚变手里——等聚变装置稳定运行了,超导材料不用再升级了,制冷技术够用了,这些领域的进步也就慢下来了。
回头看人类历史,科技每一次“大跳”都靠理论先破局。牛顿力学出来后,蒸汽机才敢冒黑烟,麦克斯韦方程组算明白了,发电机才转了起来,相对论和量子力学搭好台子,核能、计算机才有的玩。可现在这台子已经搭了一百年,还没加新柱子:我们知道暗物质占了宇宙85%的质量,却连它长什么样都不知道!我们清楚广义相对论和量子力学一直在对着干,却找不到能劝和它们的“统一理论”。聚变要是成了,人类在这台子下过得舒舒服服,哪还有动力拆台子建新的?
这种停滞带来的后果,比穷更让人绝望。现在为了搞成聚变,咱们还在砸钱研究等离子体物理、新型材料,等电随便用了,这些研究可能说停就停。基础研究本来就烧钱还没即时回报,在“能源无限”的好日子里,谁愿意投钱给那些看不见摸不着的研究?到时候人类可能就陷入舒适的平庸,科技不再是向上的梯子,成了维持现状的工具。
更要命的是,这会把人类困死在太阳系里。没有新的理论突破,再无限的能源也破不了光速的门坎。现在的火箭就算加满燃料,飞到最近的恒星也得几万年,就算用聚变能当动力,顶多把时间缩短点,还是跨不过光年的距离。到时候人类看着满天星星,知道宇宙大得没边,却只能在太阳系里打转,这种看得见摸不着的憋屈,比物质匮乏还要更磨人。
有人肯定会质疑说:“达芬奇没学过空气动力学也能画飞行器,古人没计算器也能算历法,人类智慧不用理论也能创新。”可现在早不是凭经验摸索的年代了。没有量子理论,我们绝对造不出现代意义上的芯片,甚至连最简单的微处理器都造不出来!而没有相对论,我们连聚变的原理都搞不懂,更别说造装置了。脱离理论搞创新,就像没学过语法就去写文章,能把句子写通顺就不错了,绝对写不出名著的!
现在全球都在拼聚变研发,ITER就算延期也没停,咱们国家的商用装置也在加速。大家都盯着“便宜能源”这块蛋糕,却没人想蛋糕吃完后怎么办。我们忙着给“人造太阳”搭架子,却忘了留把“砸天花板”的锤子。
其实可控核聚变本该是个“跳板”,帮人类攒够力气跳向更高的科技层次。可现实的悖论是,这跳板太舒服了,踩上去就不想跳了。这才是最可怕的——不是能源不够用,不是环境要崩溃,是人类在物质丰裕后,丢了对未知的好奇,没了突破的勇气,最后被自己造的“安乐窝”困住。
所以说,可控核聚变是会给我们带来近乎无限的能源,但是也可能会将我们牢牢的压在如今的科技天花板之下!不过从牛顿发表奠定经典力学的《自然哲学的数学原理》(1687年),到爱因斯坦发表狭义相对论(1905年),两者相距约218年,若以爱因斯坦广义相对论完成(1915年)计算,则相距约228年。也许下一个牛顿或者爱因斯坦已经降临在地球上了,搞不好就是你邻居家那个穿着开裆裤,流着鼻涕,乳名叫狗剩的小孩!
来源:科学小Z