Прохладные перспективы холодного синтеза

В начале была лажа

Идея управляемого термоядерного синтеза будоражила умы, начиная с 50-х годов ХХ века. Ещё бы — неисчерпаемый источник практически халявной и экологически чистой энергии. К сожалению, концепция «традиционного» термоядерного реактора, где синтез происходит в плазме с температурой в миллионы градусов, стала самым большим научно-техническим фейлом в человеческой истории. Такой реактор если когда-нибудь и появится, то не раньше конца этого века, вы его не увидите, забудьте.

Не удивительно, что когда в 1989 году химики Флейшман и Понс заявили об обнаружении реакции слияния ядер дейтерия при комнатной температуре в обычной стеклянной колбе, то это произвело эффект разорвавшейся бомбы. Этот предполагаемый процесс получил название холодного ядерного синтеза (сокращенно — ХЯС). Множество физиков ринулись перепроверять результаты и… не смогли их воспроизвести. После более чем 15 лет проверок научное сообщество сошлось на том, что эксперимент Флейшмана и Понса был ошибочным. Однако ХЯС к тому времени уже стал самостоятельным мемом, который продолжает жить независимо от результатов строгих научных экспериментов.

История с холодным синтезом уникальна тем, что это одновременно наука, лженаука, мошенничество и социальный феномен. Попробуем разобраться, как такое может быть.

Манящая простота

Идея экспериментов по ХЯС достаточно проста: берётся металл, способный хорошо абсорбировать водород (обычно это платина, палладий или никель) и помещается в среду, насыщенную водородом, дейтерием или их смесью. Металл может быть в виде сплошного бруска, порошка или плёнки, а водород — в виде газа, плазмы или химически связанным в обычной или тяжёлой воде. Далее к этой системе подводится энергия извне в виде электролиза в жидкости или простого разогрева металла электрическим током. В любом случае измеряется выделение в ячейке дополнительного тепла (якобы, за счёт ядерной реакции) и детектируются продукты этой предполагаемой реакции — нейтроны, гамма-излучение, гелий и изменения изотопного состава металла. В деталях схемы экспериментов могут значительно отличаться, но общая идея остаётся той же самой — регистрация избыточного выделения тепла из сильно насыщенного водородом куска никеля или палладия.

Даже у неспециалиста сразу возникает вопрос: «А что ж тут сложного?». Действительно, экспериментальная установка настолько проста, что сделать её можно у себя в гараже, а провести точные измерения выделения тепла в XXI веке, казалось бы, никакой проблемы не представляет. Но именно тут и кроется главная засада. Кажущаяся простота эксперимента привлекает к нему огромное число непрофессионалов, фриков и мошенников. Они что-то измеряют без соблюдения элементарных правил контролируемых физических экспериментов, без контроля, критического отношения к результатам и понимания возможных источников ошибок. В итоге получается сумбурная каша из противоречивых результатов, которые невозможно воспроизвести.

Вот только некоторые ляпы, допускаемые горе-экспериментаторами:

1. Недостаточный контроль состава и качества используемого металла. В катушке палладиевой проволоки, купленной на ebay, могут быть участки с любыми загрязнениями.
2. Отсутствие контроля состава воздуха в ячейке и её герметичности.
3. Отсутствие контроля паразитных токов, проходящих, например, через заземление и вносящих неучтённую энергию, которую потом списывают на ядерную реакцию.
4. Ошибки в контроле температуры образца из-за криво откалиброванных инструментов или недостаточно точных методов.
5. Ошибки в интерпретации результатов. Изменение изотопного состава может быть связано не с синтезом, а с селективным разделением изотопов, избыточное тепло может выделяться от перестройки решётки металла или химических реакций и т.п.

Одним словом, гаражные кулибины напарываются на те грабли, которые хорошо известны профессиональным физикам-экспериментаторам.

А что же профессионалы, спросите вы, неужели они не проверили всё это со всей строгостью? Естественно, проверили. Эксперименты по ХЯС проводились множество раз как академическими учёными, так и исследовательскими подразделениями крупных компаний. В англоязычной Википедии можно найти пространный список таких проверок, правительственных экспертиз и отчётов различных комитетов. Общий вывод всех этих проверок можно сформулировать так:

В насыщенных водородом металлах иногда наблюдаются какие-то необычные физические процессы, которые очень плохо воспроизводятся и поэтому не до конца понятны. Никаких убедительных доказательств того, что это именно ядерные реакции, за 30 лет изучения найдено не было. Никаких оснований считать, что эти процессы могут быть как-то использованы в энергетике, нет.

Общее впечатление от изучения литературы по теме ХЯС можно охарактеризовать одним словом: мутно. Что-то где-то как-то фиксируется, но потом ничего из этого не воспроизводится. Создаётся стойкое впечатление, что какие-то очень слабые эффекты действительно есть (совершенно не обязательно, что это именно ядерные реакции), но никто пока не понимает, при каких условиях они возникают и что это такое.

ХЯС как маргинальная научная идея

Тут очень важно понимать, как в целом работает наука при появлении революционного новых идей. Эти идеи начинают активно проверять и исследовать в двух случаях:

1. Есть убедительная и непротиворечивая теория, предсказывающая наличие каких-то новых явлений и указывающая, при каких условиях они могут наблюдаться в эксперименте.
2. Есть убедительный и надёжно повторяемый эксперимент, который невозможно объяснить с точки зрения имеющихся теорий.

Классический пример первого варианта — общая теория относительности. Она предсказывает, что отклонение луча света около Солнца должно быть ровно вдвое больше, чем по классическим представлениям. Померили — таки да, вдвое больше!

Пример второго варианта — опыт Резерфорда. Чёткий повторяемый эксперимент по рассеянию альфа-частиц на металлической фольге, который нельзя было объяснить на тот момент никак. В итоге на его основании постулировали существование ядер атомов — новой революционной физической концепции.

В случае ХЯС нет ни нормальной теории, ни нормального эксперимента. Какие-то теории существуют, но они не дают ответа на вопрос, в каких именно условиях явление можно наблюдать в эксперименте (если бы давали, то за 30 лет такой эксперимент уже давно бы поставили). Какие-то эксперименты тоже существуют, но они не воспроизводятся и дают хаотичные и противоречивые результаты (за 30 лет никакого прогресса в воспроизводимости нет — как был полный раздрай, так и остался). Таким образом, ХЯС естественным путём отодвигается в разряд маргинальных научных идей, которые существуют где-то в «серой зоне» на обочине научного знания. Никто не запрещает исследовать возможность ХЯС и никто автоматически не причисляет его поклонников к лжеучёным, но доверие к результатам, получаемым в этой области, априори очень и очень низкое. Чтобы вывести ХЯС из этой «серой зоны», нужно либо убедительно и неоспоримо показать наличие воспроизводимого эффекта, либо создать непротиворечивую теорию явления с чёткими практическими предсказаниями по его обнаружению. Ни того ни другого за 30 лет сделано не было, и нет никаких предпосылок к тому, что это будет сделано в будущем.

ХЯС как лженаука и теория заговора

Из-за кажущейся простоты экспериментов и кружащих голову грандиозных перспектив ХЯС занимаются не только учёные, но и любители, фрики, городские сумасшедшие и шарлатаны. В таких условиях чисто научная, пусть и маргинальная, идея превращается в откровенно лженаучную концепцию, основанную на теории заговора. Превращение происходит так. Очередной полусумасшедший изобретатель собирает в подвале очередную (стопятьсотую по счёту) кустарную установку из китайского никелевого провода и ворованной советской ампулы с тяжёлой водой. Что-то на ней измеряет с помощью неисправного вольтметра и начинает ломиться во все инстанции, с требованием дать ему государственную премию и миллион долларов на революцию в энергетике. Естественно, его посылают подальше. Обиженный «кулибин» вылезает в Интернет и начинает трубить о том, как его гнобит официальная наука, продавшаяся мировой масонской ложе. Со временем эти деятели находят друг друга, объединяются с маргинализовавшимися учёными и шарлатанами, охотящимися за легковерными инвесторами и — вуяля! — готово целое сообщество людей, которые свято веруют в то, что неприятие ХЯС «большой наукой» объясняется исключительно всемирным заговором энергетических компаний, а не безграмотной постановкой экспериментов и выдачей желаемого за действительное.

Лакмусовой бумажкой подобных теорий заговора является всецелое и некритичное доверие к своему «мессие» — первооткрывателю, которого, якобы, загнобила косная «официальная наука». У сообщества антипрививочников таким мессией является шарлатан Эндрю Вейкфилд. У адептов страшного вреда ГМО — шарлатан и фальсификатор Серралини. А у поклонников ХЯС такой иконой стал Андреа Росси (тоже шарлатан, что характерно).

Росси — вообще интересный персонаж. Всю жизнь он занимался технологическими аферами. Задолго до своего появления на поприще ХЯС он умудрился продать частным инвесторам и правительству Италии устройство Petroldragon для получения нефти из промышленных и бытовых отходов. Устройство, естественно, было полностью фейковым и не работало. Росси благополучно сел в тюрьму на несколько лет за мошенничество и финансовые махинации.

Выйдя на свободу, он представил миру нечто под названием «энергетический катализатор» (E-Cat, или реактор Росси), якобы работающей на принципе ХЯС. Реактор был анонсирован в 2009 году, но с тех пор никто и никогда не провёл ни одной независимой проверки его работоспособности в условиях строгого контролируемого эксперимента. Росси просто не даёт провести такую проверку, нагнетая секретность и всячески муссируя то, что его «революционную технологию», якобы, украдут конкуренты. Все демонстрации работы устройства не отвечают условиям научного эксперимента и являются просто рекламными акциями (тут можно прочитать подробнейший разбор фейлов экспериментальной методики демонстраций Росси). Чтобы долго не рассуждать, просто приведу цитату из критики его устройства:

«Осуждённый мошенник заявляет, что разработал «невозможный» реактор, но не разглашает его устройство. Эксперименты проводятся либо под его личным контролем, либо его близкими друзьями, а сами эксперименты вызывают больше вопросов, чем ответов. От адекватных экспериментов с использованием правильного оборудования отказывается. Можете сами сделать вывод, что это — научный прорыв, или очередная афера».

Украинское отделение «секты свидетелей Росси»

Несмотря на то, что мошеннический характер «реактора Росси» очевиден для любого критически мыслящего человека, у его «Е-Сat технологии» удивительно много верных сторонников. В самых разных странах, в том числе в Украине, находятся учёные и инженеры, которые грезят светлым будущим с реакторами Росси на каждой кухне. Сложно сказать, чего здесь больше — научной некомпетентности, наивности или циничного расчёта, но «сенсационные разработки» на основе ХЯС всплывают вновь и вновь.

В Украине одним из наиболее известных адептов ХЯС и почитателем «великого гения Росси» является профессор Высоцкий из КНУ. Недавно он опубликовал в «Зеркале недели» очередную манипулятивную статью-агитку (уже не первую), где всячески превозносил светлое будущее ХЯС, утверждал, что создал прекрасную теорию этого явления, и обещал Украине энергетическую независимость, если ему дадут много бюджетных денег на дальнейшие изыскания. Откровенные манипуляции и ложь в этой статье уже детально разобрал Антон Сененко, поэтому повторяться я не буду. Остановлюсь на достижениях самого профессора Высоцкого.

Это физик-ядерщик средней руки. Его список публикаций содержит много работ в рецензируемых международных журналах, однако на 114 его работ ссылаются всего лишь 153 другие статьи (это очень мало). На большую часть его статей нет вообще ни единой ссылки за много лет. Это говорит о том, что работы Высоцкого относятся к маргинальной и малоинтересной мировому научному сообществу области (в полном соответствии со статусом концепции ХЯС в современной науке). Качество самих работ должен оценивать специалист-ядерщик, но опубликованы они в основном в журналах «третьего эшелона» с импакт-факторами от 0.7 до 3. Для справки, в физике импакт-фактор меньше 1 считается признаком «журнала-мурзилки», репутация которого в профессиональных кругах близка к нулю. В таких журналах часто нет нормального рецензирования и можно опубликовать кривые эксперименты ошибочные теоретические построения, а иногда и просто наукообразную чушь.

Всё это, в принципе, типично для нашей университетской науки, где ради формальной отчётности приходится «гнать валовый продукт», не особо заботясь о качестве работ. Тем не менее, на фоне откровенных лжеучёных, типа Юрия Тесли, Высоцкий выглядит солидным и весомым исследователем. Точнее выглядел бы, если бы не лженаучные зашквары. Например, на странице его кафедры можно прочитать такое:

«Дослідження механізмів реалізації ядерних процесів при низькій енергії в фізичних та біологічних системах... Вперше експериментально показано, що в процесі зростання таких культур [бактерій] має місце істотне перетворення (трансмутація) стабільних та нестабільних ізотопів (в тому числі можливе перетворення реакторних радіоактивних ізотопів в стабільні ізотопи інших елементів). Показано, що ці процеси базуються на короткотривалому ослабленні дії кулонівського бар’єру за рахунок формування когерентних корельованих станів на стадії клітинного ділення та інших динамічних біохімічних процесів».

Вот тут уже я, как доктор физико-математических наук по биофизике и специалист в физике биологических систем, могу дать объективную экспертную оценку этим заявлениям: это лютый бред сивой кобылы в ясную летнюю ночь. В биологических системах во время клеточного деления нет и в принципе не может быть никаких явлений, способных влиять на протекание ядерных процессов, это запрещено базовыми физическими законами и элементарными оценками энергий этих процессов. Если бы что-то подобное действительно наблюдалось в экспериментах, то это была бы нобелевская премия и мировая сенсация, однако результаты почему-то опубликованы в заштатном журнале-«мурзилке». Странно. Может, это мировое закулисье зажимает украинского гения? А может быть, эти результаты просто ошибочны и ни один приличный журнал не принимает их к публикации из-за явной халтуры?

Хочу подчеркнуть, что экстраординарные заявления требуют экстраординарных доказательств. Ядерные реакции в живых клетках — это переворот всей научной картины мира и постановка раком всей физики и биологии. Для такого сногсшибательного заявления должны быть столь же сногсшибательные доводы. У Высоцкого таких доводов нет. Его выводы — следствие ошибок эксперимента, неправильной интерпретации, подгонки данных под желаемый результат либо всего перечисленного вместе.

Кстати, заявления Высоцкого о «ядерных реакциях в куриных яйцах» уже давно стали локальным мемом, над которым смеются студенты и преподаватели самого КНУ — слышал лично.

Читаем дальше:

«Дослідження просторової структури води та проблема довготривалого зберігання інформації про зміни фізичних характеристик води, викликаних дією зовнішніх фізичних чинників (фактично — проблема своєрідної “пам’яті” води). Запропоновано та досліджено механізм довготривалої пам`яті води, який базується на клатратній моделі її структури. Проведено дослідження впливу активації води на її фізичні властивості. Досліджено і відкрито механізми істотного впливу активованої воді на процеси клітинного ділення, метаболізм та на ефективність дії імунної системи».

Снова могу дать профессиональную экспертную оценку, как специалист по молекулярной динамике биологических систем — это лженаучная чушь. Никакой «активированной воды с памятью» не существуют и не может существовать из общих физических соображений. Вообще, «память воды» — яркий маркер лженауки. Нечто подобное используют гомеопаты, чтобы объяснить действие своих сахарных шариков. Вот здесь очень подробно и со ссылками разобрано, почему память воды — это бред, почитайте, если вам интересны детали. Опять же, если бы что-то подобное наблюдалось, то уже была бы нобелевка. Однако вместо нобелевки опять какой-то третьесортный журнал и полное отсутствие цитирований этого «открытия века». Не потому ли, что опять эксперименты кривые, результаты ошибочны, а работа сделана «на отцепись» для формальной отчётности?

В итоге имеем крайне неоднозначный образ учёного, который вроде-бы и публикуется в международных журналах, но при этом выдвигает абсурдные лженаучные идеи о «памяти воды» и «ядерных реакциях в живых клетках», а, так сказать, «на сдачу» ещё и восхваляет афериста и мошенника Росси. Не знаю, как вы, а я бы ему финансирования на «продолжение изысканий» не давал.

Холодный синтез здорового человека

Всё сказанное не означает, что ядерный синтез при комнатной температуре в принципе невозможен. Как и в случае с более привычными химическими реакциями, которые не хотят идти при низких температурах, для этого нужен катализатор. В случае с ядерным синтезом катализатором могут выступать отрицательно заряженные мюоны. Это элементарные частицы, являющиеся, так сказать, гораздо более тяжёлым (в 206 раз) аналогом электрона. Так же, как электроны образуют с протонами атомы водорода, так и мюоны могут образовывать с протонами мезоатомы. Столкнувшись с ещё одним протоном мезоатом образует мезомолекулу, в которой тяжёлый мюон «стягивает» протоны на расстояние в тысячу раз меньшее чем электрон в обычной молекуле водорода. На такое расстояние свободные протоны могут сойтись только при температуре в 30 миллионов градусов. Протоны в мезоатоме очень быстро сливаются даже при комнатной температуре, но построить ядерный реактор на этой схеме, к сожалению, нельзя. Проблема в том, что мюоны нестабильны и их приходится постоянно нарабатывать в отдельном ускорителе. На это уходит больше энергии, чем выделяется при слиянии ядер водорода, то есть такая система не может быть источником энергии.

Мюонный катализ — очень красивый и хорошо исследованный физический эффект. На его примере можно легко убедиться, какого уровня эксперименты и теории необходимы в современной ядерной физике. ХЯС даже рядом не валялся с этим уровнем строгости.

Выводы

Холодный ядерный синтез — многогранное явление в современной науке:

• это маргинальное научное направление в ядерной физике. В нём есть какие-то теоретические работы, но они не в состоянии предсказать условия, в которых ХЯС можно зафиксировать экспериментально. В нём также есть куча невнятных экспериментов, которые не воспроизводятся и дают противоречивые результаты. На таком уровне это направление стагнирует в течении уже 30 лет;
• это лженаучная концепция, базирующаяся на теории заговора мировых энергетических компаний, ядерного лобби или каких-то других масонов с рептилоидами. Согласно ей, все попытки подвижников-энтузиастов осчастливить человечество с помощью ХЯС пресекаются мировым закулисьем. «Мессией» этого движения является ранее судимый аферист Росси с его фейковым E-Cat реактором;
• наконец, это сообщество циничных околонаучных шарлатанов, которые пытаются запудрить мозги государству и частным инвесторам, чтобы получить финансирование на разработку «уникальных технологий энергетики будущего» и слинять с деньгами на Мальдивы. Задача научного сообщества и критически мыслящих людей — не допустить попила бюджетных средств на их бессмысленные прожекты.

Disclaimer: всё написанное является личным оценочным суждением автора на основе информации, полученной из открытых источников.