第344章 83首次人工核聚變
但凡能在科學史上留下姓名的人，其自身的能力還有水平，都不應該受到輕視。
就拿光學史上的一個錯誤，泊松亮斑來說，菲涅耳在法國科學院的會議上，提出來了光能夠衍射。
為了駁倒他這個「荒謬至極」的觀點，維持光的粒子說的穩固地位不被動搖，索邦大學的數學教授泊松想盡辦法希望能夠找到反例，用不可辯駁的實驗現象來讓堅持光的波動說這種「歪理邪說」的菲涅爾啞口無言。
他絞盡腦汁，終於想到了一個圓盤實驗：如果光通過一個不透明的圓盤，如果能夠發生衍射的話，那麼在距離圓盤一定距離的地方，圓盤的影子中央應該會出現一個亮斑。
這對當時認為光是一種粒子，光在均勻介質當中沿著直線傳播的絕大部分物理學家來說，是絕對不可以被接受的暴論。
這些粒子說的信徒們，根本連實驗都不惜得去做，因為這個計算結果完全違背他們的直覺，也違背他們所堅持的事實。
泊松想要以此來證明菲涅耳的衍射理論是錯誤的，可沒想到同樣是在法國科學院裡，有一位叫做阿拉果的物理學家不信邪。
這個簡單的光學實驗，實驗儀器準備起來也不複雜。
阿拉果很快就找到了那個被科學院裡絕大部分物理學家們嗤之以鼻的位於圓盤陰影中心處的亮斑，並把這一實驗現象在法國科學院的會議上演示，不但讓以泊松為首的眾多科學家們啞口無言，也用事實證明了光線在傳播過程中可以發生衍射，所以它應該是一種波。
這個圓盤影子中央的亮斑，沒有被命名成菲涅耳亮斑，也沒有以完成實驗的這位阿拉果命名，而是被人們約定俗成地稱作「泊松亮斑」，未嘗不是一種諷刺。
單獨看著一段物理學史的記載，那麼幾年的這位在法國科學院裡位高權重的泊松教授，毫無疑問就是故事中最大的反派，是不追求進步固步自封的代表。
可事實上，不說泊松作為一個數學家在數學方面取得的貢獻，只說他對物理學的貢獻，也絕對不是泊松亮斑這個笑話，而是一個數學記號——泊松括號。
泊松括號在數學裡面起著重要作用，在分析力學的哈密頓力學裡，也起著重要作用。
泊松提出泊松括號後的一個世紀，這個數學記號還在似乎和他風馬牛不相及的量子力學裡也大放異彩。
狄拉克發現量子力學當中力學量的對應關係，和哈密頓力學裡的泊松括號非常相似，他在此基礎上發明了量子泊松括號，也就是所謂的對易子。
一個因為被打臉而成為光學史和物理學史上必不可能被繞開的泊松，其學術水平尚且如此，那就更別說在近現代物理學中很有名氣的愛丁頓了。
一提起愛丁頓，給他安上的頭銜都是愛因斯坦在英國的最好的朋友和最堅定的支持者，首次通過日食觀測證明了廣義相對論的天文學家云云。
然而愛丁頓對物理學的貢獻遠不止於此，但之所以人們提到他的時候總會產生像上面那樣的刻板印象，是因為愛因斯坦和相對論實在太過出名，不管真懂還是假懂，人們總愛在這個問題上聊上幾句。
愛丁頓能夠第一個從質能方程，還有四個氫原子和一個氦原子的質量差距中，聯想到質量虧損可以轉換成能量，為太陽的燃燒源源不斷地充能，就足以見得他本人對物理學的那種直覺有多麼敏銳。
只是可惜，愛丁頓提出太陽的能量來源是核聚變的時候，有點兒生不逢時。
因為當時的物理學家們和化學家們，只知道宇宙當中有氫原子和氦原子，不知道這兩種元素還各自有各自的同位素。
所以在愛丁頓的計算當中，雖然計算出了四個氫原子核聚變成一個氦原子核的核反應，能夠提供足夠多的能量為太陽供能，可卻不能解釋，這個核聚變反應的發生條件，也就是溫度要比現實當中觀測到的太陽實際溫度要高得多。
正如愛丁頓所猜測的那樣，由四個氫原子核聚變成為一個氦原子核不假，只不過這個核聚變反應並不是一步完成的，而是要分為幾步來進行。
第一步是兩個氫原子核聚變成一個氘原子核，同時釋放一個正電子和一個電子中微子：
Ｈ+Ｈ→Ｄ+ｅ+ν。
第二步核反應是第一步當中的產物氘，繼續和氫原子核進行聚變反應，生成氦－3，並同時釋放出一個光子：
Ｄ+Ｈ→He+γ。
第三步的反應才是最終生成氦原子核的反應，最主要的途徑是兩個氦－3發生聚變，生成一個氦－4，還有兩個氫原子：
He+He→He+Ｈ+Ｈ。
當然第三步還有鋰、鈹和硼參加反應的其他途徑，以及整個循環還可能是有碳、氮、氧參與的碳氮氧循環。
但後面這兩種核反應在太陽之中的占比比較小，最主要的還是上面提到的這三步。
總的來說，把這三個步驟的反應結合到一起的話，就是六個氫原子核聚變成一個氦原子核，同時再釋放出兩個氫原子核。
反應兩邊同時減掉兩個氫原子核，就變成四個氫原子核聚變成一個氦原子核，和愛丁頓起初猜測的那個核反應方程，可以說是一模一樣。
可兩者之間的唯一不同的地方，就是愛丁頓提出來的核反應是一步到位的，而太陽中真實存在的核反應，卻是分成了幾步進行。
這樣一來，對反應環境的要求就不再那麼苛刻，也不會再有理論溫度和實際溫度相差幾個數量級那樣的矛盾出現了。
愛丁頓之所以沒能更進一步地想到，在太陽當中的核聚變反應是分步進行的，不是因為他的想像力匱乏，而是因為他提出來這個理論的時候，氘和氦－3都還沒有被科學家們發現。
在原時空中，作為1932年核物理學三大發現當中的第一個，氘在同年被美國的尤里發現。
而氦－3的發現時間則比氘還要晚，不僅建立在尤里發現氘的基礎之上，而且還要等到粒子加速器被發明出來之後。
卡文迪許實驗室的澳大利亞籍學生馬克·奧利芬特在1934年，在由考克羅夫特和沃爾特發明的那台考克羅夫特式的粒子加速器上，用被加速過的快氘核，轟擊氫氣，然後首次在雲霧室中拍到了氦－3原子核的軌跡。
——不管在哪個時空里，有了粒子加速器，又有了氘核之後，盧瑟福就總會想著加速氫原子核給氘來這麼一下，或者是加速氘原子核給氫原子來這麼一下。
區別就是陳慕武頂住了壓力，沒做這個實驗。
而奧利芬特作為一個初來乍到的學生完全照做，就完成了這個發現氦－3的實驗。
另外，奧利芬特在卡文迪許實驗室里完成的這個氘和氫兩個原子核相碰撞，生成氦－3原子核的核反應，也是人類物理學史上，第一次成功進行的核聚變。
而一直到了1939年，氦－3才被人們首次從氦氣裡面分離出來。
巧婦難為無米之炊，愛丁頓也絕不可能在不知道氘和氦－3存在的情況下，直接猜出太陽內進行核反應的正確方程。
人們一直好奇太陽裡面那些源源不斷的能量究竟源自哪裡，這也是為什麼玻爾會提出能量不守恆在太陽中存在的原因。
到了後來，就算是粒子加速器已經發明了十幾年，人類的物理學家們卻依然搞不清楚，核聚變反應究竟應該在什麼條件下才會發生。
在1943年，珍珠港都過去了一年多的時間，美國和本在太平洋上打得不可開交，研製原子彈的「曼哈頓計劃」也在美國國內如火如荼地進行著。
都已經到了這個時候，曼哈頓計劃在物理學上的總負責人奧本海默依然在糾結思考著一個很嚴重的問題。
原子彈爆炸靠的是核裂變，但是在核裂變之後釋放能量產生的高溫和高壓當中，氫和其他較輕的原子核，很可能聚變成質量更大的原子核，並且釋放大量能量。
——就像太陽裡面無時無刻都在發生的那樣，氫會聚變成氘，氫和氘又會聚變成氦－3。
而地球是三分海洋七分陸地，海水當中存在的氘原子，要比空氣中多得多。
還有就是空氣中的氦氣也不太穩定，只不過是比海水中的氘稍微穩定一些而已。
奧本海默擔心的問題就是，如果原子彈爆炸之後，產生了不受人類控制的鏈式反應，氫變氘，氫、氘變氦－3……等等，海洋里的水和大氣裡面的空氣都會被點燃，地球陷入無盡的熊熊燃燒之中，並最終走向毀滅。
奧本海默自己一個人不敢承擔如此嚴重的後果，他只能去找那個向軍方建議自己擔任物理學總負責人的伯樂，康普頓去商量這件可能發生的事情。
他們兩個人對此都很悲觀，覺得與其讓自己親自參與的冒險活動把地球上的全部人類都送入到萬劫不復的深淵，還不如消極接受納Ｃ的奴役通知。
可是軍方那邊催得又很緊，愛因斯坦和其他科學家們聯名上書羅斯福，說德國那邊也在加緊研製原子彈這種不講武德的大殺器。
他們又不得不必須搶在德國佬兒前面，把這種可能會開啟地獄之門的鑰匙給製作出來。
最終還是康普頓拍板做了決定，如果計算出的結果證實，地球會被原子彈毀滅的概率超過千分之零點零零三，那他就會叫停曼哈頓計劃。
幸虧在最後，康普頓的計算結果低於這個康普頓設定的數值，曼哈頓計劃可以順利地繼續下去，小日子也能幸運地體驗到什麼叫做「雷霆雨露，俱是君恩」。
到1943年，全球最頂尖的物理學家們還在擔心核聚變會不會讓地球毀滅，那麼1927年，美國的那位叫做埃爾維的天文學家杞人憂天地擔心太陽有一天會爆炸，也無可厚非。
見到坐在自己對面的陳慕武表情凝重，一言不發，《泰晤士報》的記者在自己的筆記本上悄悄寫著些什麼東西。
「在我提出這個問題之後，劍橋大學的中囯陳一言不發，陷入到了很長一段時間的深深思考當中，看上去好像太陽爆炸這個問題十分嚴峻，讓他很糾結。」
記者在寫下這段話之後，就打算出聲提醒陳慕武，畢竟他這次來到劍橋，是帶著一定的zz任務的。
不能讓英國的民眾們因為美國天文學家的一句「可能」就變得恐慌，開始惶惶不可終日，每天都在擔心著世界末日的到來。
英國政府那邊的意思是，天文學家們必須在這個時候站出來，不管他們的發言是正確還是錯誤，都必須要起一個穩定民心的效果。
所以前來劍橋採訪的事，才會交給在一定程度上會代表政府發聲的《泰晤士報》，去格林尼治皇家天文台採訪的，也是報社裡的其他記者。
來到劍橋的這位記者甚至都做好了如果陳慕武不體面，說一些不利於穩定民心的話，他就在報導上下功夫，幫陳慕武體面的打算。
「陳博士……」
「啊，啊！」聽到呼喚的陳慕武這才抬起頭，一臉歉意，「不好意思，記者先生，我剛剛在思考一些問題，一不留神就怠慢了你。
「你是來詢問我關於美國那位天文學家提出來的，太陽隨時都可能會爆炸這件事的看法，對吧？
「對此我的觀點是，這件事完全就是無稽之談，我們頭頂上的太陽穩定得很，就算我們地球上位於太平洋中的某座小島發生爆炸，太陽也絕無發生爆炸的可能。
「我想那位天文學家可能是錯誤地估計了太陽為整個太陽系提供能量的來源。
「二十年代初，劍橋大學天文台台長愛丁頓教授，第一個提出太陽內部可能正在進行著核聚變，由四個氫原子核聚變成一個氦原子核，減少的質量轉變成了能量。但是因為這個反應溫度要比太陽的溫度高得多，所以被其他的物理學家們所懷疑和否定。
「幾年之前，我和幾位同事曾經在倫敦的戴維－法拉第實驗室里發現了氫的同位素氘，那麼太陽當中的核反應，很可能不是一步直達，而是分成幾步完成的呢？比如說兩個氫原子核發生聚變，產生一個氘原子核，然後兩個氘原子核再進一步聚變，產生一個氦原子核？這樣一來，是否溫度就會降低一些？
「科學研究不能只靠猜測，我打算儘快在卡文迪許實驗室里模擬太陽中可能存在的核聚變反應，然後在第一時間向公眾公布結果，用實驗事實來打消大家最近一段時間的恐懼。」
(本章完)