В начале этого года американское государственное агентство ARPA-E, занимающееся финансированием перспективных исследований в области энергетики, объявило о выделении нескольких грантов на развитие направления, получившего название "низкоэнергетические ядерные реакции", или LENR. Большинство ученых, скорее всего, не обратили внимания на эту новость. Но для небольшой группы из них это сообщение стало подтверждением их специализации - холодного термоядерного синтеза.
Холодный термоядерный синтез, более известный специалистам как LENR, - это наука или, возможно, искусство, позволяющее заставить атомные ядра слиться и, в идеале, использовать полученную энергию. Все это происходит без невероятных температур, исчисляемых миллионами градусов, которые необходимы для "традиционного" термоядерного синтеза. В мире грез успешный холодный синтез мог бы обеспечить нас безграничным запасом чистой, легкодоступной энергии.
Как бы заманчиво это ни звучало, за последние 30 лет холодный термоядерный синтез в значительной степени стал забытым призраком одного из самых громких научных споров, когда в 1989 г. пара химиков заявила, что ей удалось совершить подвиг, который никто не смог повторить. До сих пор не существует общепринятой теории, подтверждающей существование холодного синтеза; многие по-прежнему сомневаются в том, что он вообще возможен. Но те физики и инженеры, которые работают над LENR, считают, что новые гранты - это знак того, что к их области после десятилетий забвения стали относиться серьезно.
"Она получила плохое начало и плохую репутацию, - считает Дэвид Нагель, инженер из Университета Джорджа Вашингтона, - а затем, за прошедшие годы, накопились доказательства".
При термоядерном синтезе сердечки атомов сжимаются, образуя более крупные ядра и фонтан энергии. Это нелегко. Протоны внутри ядра придают ему положительный заряд, а одноименные ядра электрически отталкиваются друг от друга. Но физики все равно должны заставить атомы столкнуться друг с другом.
Обычно для преодоления этого предела требуется огромное количество энергии, поэтому звезды, где термоядерный синтез происходит естественным образом, и земные эксперименты достигают экстремальных температур. Но что, если бы существовал другой, более низкотемпературный способ?
Ученые теоретически разрабатывали такие методы с начала XX века и нашли несколько утомительных и крайне неэффективных способов. Но в 1980-х годах два химика решили, что один из этих методов работает с большим успехом.
Мартин Флейшманн и Стэнли Понс поместили драгоценный металл палладий в ванну с тяжелой водой: форма H2O, атомы водорода которой содержат дополнительный нейтрон, известна как дейтерий, широко используемый в ядерной науке. Когда Флейшман и Понс включили электрический ток через свой прибор и оставили его работать, они стали наблюдать резкие скачки тепла (так они утверждали) и частицы, похожие на нейтроны.
Эти скачки тепла и частицы, по их мнению, не могут быть объяснены никакими химическими процессами. Их можно объяснить тем, что ядра дейтерия в тяжелой воде сливаются, как это происходит в звезде.
Если Флейшман и Понс правы, то термоядерный синтез может быть осуществлен при комнатной температуре в относительно простой химической лаборатории. Если вам кажется, что это слишком хорошо, чтобы быть правдой, то вы далеко не одиноки. Когда в 1989 году они объявили о своих результатах, последовал один из самых впечатляющих огненных смерчей в истории современной науки. Ученый за ученым пытались воссоздать эксперимент, но никто не мог достоверно повторить его результаты.
Понса и Флейшмана запомнили как мошенников. Вероятно, им не помогло то, что они были химиками, пытавшимися заявить о себе в области, где доминировали физики. Что бы они ни увидели, "холодный термоядерный синтез" оказался на задворках респектабельной науки.
Тем не менее, в тени продолжались эксперименты по LENR. (Некоторые исследователи пробовали вариации на тему Флейшмана и Понса. Другие, особенно в Японии, рассматривали LENR как средство очистки ядерных отходов путем преобразования радиоактивных изотопов в менее опасные.) В ряде экспериментов наблюдались такие странности, как избыточное тепло или альфа-частицы - аномалии, которые можно было бы объяснить, если бы атомные ядра вступали в скрытую реакцию.
"Область LENR каким-то чудесным образом, благодаря убежденности всех этих людей, вовлеченных в нее, сохранилась и продолжает развиваться на протяжении 30 лет", - говорит Джона Мессинджер, аналитик аналитического центра Breakthrough Institute и аспирант Массачусетского технологического института.
Роковой недостаток Флейшмана и Понса - невозможность воспроизведения их результатов - по-прежнему накладывает отпечаток на эту область. Даже некоторые более поздние эксперименты, в которых, казалось бы, был достигнут успех, не смогли быть воспроизведены. Однако это не останавливает современных сторонников LENR. "Наука постоянно сталкивается с проблемой воспроизводимости, - говорит Флориан Метцлер, ученый-ядерщик из Массачусетского технологического института.
В отсутствие большого официального импульса частный сектор оказал значительную поддержку LENR. Например, в конце 2010-х годов компания Google вложила несколько миллионов долларов в исследования холодного термоядерного синтеза, но они не увенчались успехом. Однако теперь на эти исследования стали обращать внимание государственные финансовые организации. Программа ARPA-E присоединяется к проектам Европейского союза HERMES и CleanHME, которые стартуют в 2020 году. (Мессингер и Метцлер являются членами группы специалистов Массачусетского технологического института, которая получит грант ARPA-E).
По меркам финансирования других энергетических исследований, ни один из грантов не является особенно грандиозным. Программы Европейского союза и ARPA-E составляют в общей сложности около 10 млн. долларов каждая: это ничтожно мало по сравнению с более чем 1 млрд. долларов, которые правительство США планирует потратить в 2023 году на основной термоядерный синтез.
Но эти деньги, по мнению сторонников проекта, будут использованы в важных направлениях. У этой области есть два неотложных приоритета. Первая - привлечь к себе внимание высококачественной научной работой, наглядно демонстрирующей аномалию, в идеале опубликованной в авторитетном журнале типа Nature или Science. "Тогда, я думаю, будет большой приток ресурсов и людей", - говорит Метцлер.
Вторая, более долгосрочная цель - объяснить, как может работать холодный термоядерный синтез. В законах физики, как их понимают ученые сегодня, нет единого ответа на вопрос, почему вообще может происходить холодный синтез.
Метцлер не считает этот открытый вопрос проблемой. "Иногда люди приводят такие аргументы: "О, холодный термоядерный синтез противоречит устоявшейся физике" или что-то в этом роде", - говорит он. Но он считает, что в ядерной физике, особенно в случае больших атомов, есть много вопросов, на которые нет ответов. "Мы обладаем огромным количеством невежества, когда речь идет о ядерных системах, - говорит он.
Тем не менее, ответы на эти вопросы принесут большую пользу, утверждают другие эксперты. "Пока это непонятно, многие люди в научном сообществе отстранены", - говорит Нагель. "Они не хотят обращать на это внимание".
Конечно, вполне возможно, что холодный термоядерный синтез - это иллюзия. Если это так, то гранты ARPA-E могут дать исследователям еще одно доказательство того, что ничего не существует. Но не исключено также, что что-то происходит за кулисами.
И, по мнению сторонников LENR, сага о Флейшмане и Понсе сейчас угасает, поскольку в эту область приходят молодые исследователи, не помнящие 1989 года. Возможно, именно это позволит LENR выйти из тени этой пары. "Если возникнет ядерная аномалия, - говорит Мессингер, - я надеюсь, что широкое физическое сообщество будет готово к ней прислушаться".