手榴弹都是聚变核武器的世界一定非常恐怖，幸好大自然不听科学家的。化学家抛出的冷聚变闹剧，只是引诱物理学家暴露了他们当中的80%根本不懂物理的物理现实。

　　撰文

　　曹则贤（中国科学院物理研究所研究员）

　　1. 反应、能阶与温度

　　我们的物质世界是由原子、分子组成的。原子由原子核和核外电子组成，原子核同核外电子之间，以及电子与电子之间的相互作用，是电磁作用；进一步地，原子核是由质子（与核外电子数量相等）和数量差不多的中子通过核力（强相互作用的残余）结合在一起组成的。原子核中包含相同数量的质子但中子数不同的化学元素称为同位素，直播，如第一号元素氢的原子核中就有中子数为0、1和2的三种可能，因此氢有三种同位素，分别为氕 (protium, H)、氘 (deuterium, D) 和氚 (tritium, T) (图1)。第二号元素氦有原子核内中子数为1和2的两种同位素，分别记为 3He和 4He(图1)。注意，4He的原子（核）正好是两个氘(D)原子（核）之和，而氚(T) 原子核与 3He 原子核其中的质子数与中子数有互换的关系。考虑到质子与中子之间的对称性，这可能暗含着这些原子核之间有某种“亲戚”关系。

　　图1. 氢(左)与氦(右)两种元素的同位素

　　大自然中的原子甚或原子核一直在变化着。原子核不变而只靠核外电子的转移所造成的原子、分子间的结合与分离，是化学反应。实际上，原子间参与化学反应的只是外层少数的几个电子（注：这个观点有待商榷。内层电子一样受化学反应的影响，做过光电子能谱的人应该知道），化学反应涉及的能量为每个反应事件几个电子伏特 (eV/event)，因此作为释放能量的发光过程，所发的光多在可见光附近。暴力打出原子内壳层的电子所需能量可能会上升到 keV/event 的量级，伴随的发光在X-射线范围。原子核也不老实，大原子核可以分裂 (fissen, 裂变)，小原子核可以聚合（fusion, 聚变），核子自身还会衰变 (decay，中子就会衰变为电子、质子和反电子中微子) 。核反应涉及的能量在每个反应事件数百万电子伏特 (MeV/event) 的量级，其伴随的发光为光。

　　化学反应与核反应一样，都是概率性事件，反应的过程从能量角度来看都是一样的。直接从高能的初始态到低能的终态，反应就比较爽快，有自发的可能；从低能的初始态到高能的终态，反应没有自发的可能，那就一直需要加热或者光照（比如光合作用）的激发。还有一类反应属于不情愿的反应，是从高能的初始态经过一个更高能量的中间态再到低能的终态，加热或者光照是必要的辅助条件。氢弹就是依据这样的原理：235U 裂变释放的能量让不情愿的聚变反应 2H + 3H → 4He(3.5MeV) + n(14.1MeV) 进行，后者释放的能量再让不情愿的238U 裂变进行从而释放能量。

　　对于不情愿的反应，加热是个提高其发生可能性的途径，不太严格地说是按照 e-E/kT 描述的定量关系提高其发生可能性的。注意，此处能量以 eV 为单位， T 是绝对温度以开尔文为单位，1 eV~11600 K。可以想象，化学反应涉及的典型能量为几个eV，对不情愿的化学反应几百到上千度的温度是有明显促进效果的；而如果 E 是 MeV 的量级，那温度T要多高才能使得 e-E/kT不几乎是零啊！有兴趣的读者再研究一下氢弹的工作原理。 大地上的温度不能够刺激那些不情愿的核聚变反应，人类因此可以高枕无忧，这是我们人类的福分。

　　2. 玩冷聚变的科学家

　　据说做科学成名的一个妙诀是挑战极限或者不可能。有人说光速是物质传输速度的上限，咱就玩超光速；有人说金刚石硬度最高，咱就宣称合成了比金刚石还硬的材料；有人说生命是复杂的演生现象，咱就说咱有本事把人分解成信息进行量子传输然后在别地瞬间再给他攒到一起。物理遵循统计规律，单事件特征能量为 MeV 的核反应，能让其有可观测效率的温度要高达百万甚至数亿度，这件事也引起了一些科学家的不服气。核聚变，要用原子弹才能引发？麻烦！要玩就在室温下玩才刺激。