科學史上著名公案

1989年3月23日，美國猶他大學舉行新聞發(fā)布會發(fā)布一條震驚世界的重大消息：化學家馬丁·弗雷希曼和斯坦利·龐斯實現了世界各國眾多物理學家研究了幾十年也沒能成功的夢想——受控核聚變，人類有望一勞永逸地解決能源問題了。

核聚變是指兩個較輕的原子核相遇聚合成較重的原子核，并釋放出巨大的能量，例如太陽能就是來自于太陽內部氫原子聚合成氦原子的聚變。但是原子核都帶正電，兩個原子核要聚合在一起，首先要克服同性電荷之間的斥力。氫原子核只帶一個正電荷，斥力最小，聚變也最容易，如果能利用水中氫的同位素氘的聚變獲取能量，可供人類用上幾百萬年，而且沒有核廢料，可謂理想的能源。不過，要讓氘實現聚變，需要將它加熱到上億攝氏度的高溫才能克服斥力，怎么控制如此熾熱的物質?不加控制的話，就變成氫彈了。目前物理學家在探索用一種叫托卡馬克的大型而昂貴的裝置來實現受控核聚變，在弗雷希曼和龐斯宣布其發(fā)現的時候，托卡馬克還只能讓聚變過程持續(xù)幾毫秒，而且獲得的能量少于消耗的能量，根本不實用。

但是弗雷希曼和龐斯宣稱，他們能讓聚變在室溫下就能進行，所以被稱為冷聚變，與熱聚變所需的上億攝氏度高溫相比，室溫的確夠冷。他們所用的裝置不是昂貴的反應堆，而是一個簡單的電解池：將一對用稀有金屬制造的電極(正極是鉑，負極是鈀)浸入到盛有鋰鹽和重水的玻璃瓶，通上電流就能讓重水中的氘發(fā)生聚變，整個裝置的費用大約也就100美元。

首先有這個主意的是弗雷希曼，他曾是英國南安普敦大學電化學系主任。作為一名著名的電化學家，他知道如果用鈀做電極，很容易吸附氫離子。多年來他一直在想，有沒有可能利用鈀的這個特性，用電解的方法讓氘發(fā)生聚變呢?1984年，他從南安普敦大學退休后，到猶他大學拜訪以前的學生、長期合作者龐斯，決定實現他多年的夢想。兩人秘密地從事這一研究，最開始是在龐斯家的廚房做實驗，之后把實驗裝置搬到猶他大學化學樓的地下室。因為是秘密實驗，他們只能自掏腰包購買實驗器材和材料。

他們知道，如果重水中的氘發(fā)生了聚變，就會釋放出中子。他們用一個簡單的中子探測器來檢測在鈀極是否有中子輻射。有時候能檢測到比本底高一些的中子數目，但是最多也只比本底高50％。

作為電化學家，他們對放熱現象很感興趣。他們用一個恒溫水浴箱作為量熱器，把電解池泡在水浴中，測量電解池和水浴的溫差，就可以知道有多少熱從電解池釋放出來，由此可以算出輸出的能量，把輸出的能量與輸入的能量(通電的電能)相比，可以知道是否產生了多余的能量。他們發(fā)現，有時候輸出的熱能的確要比輸入的電能多，大約能多出10％～25％。他們認為這些多余熱能就是聚變產生的。他們推論說，如果使用一個超大型的電解池，就能讓輸出熱能與輸入電能的比提高到4：1。在新聞發(fā)布會上，這個推論被作為事實提供給了媒體：用1瓦電能產生4瓦的熱能。

1988年，在利用業(yè)余時間做了4年實驗、自費花了10萬美元之后，他們仍然只有一些時有時無的初步結果。這時，他們想到應該設計一系列對比實驗，改變各種參數，例如使用不同的電極形狀、電解質、電流強度等等，看在什么條件下能獲得最佳結果。但是做這一系列的實驗需要用到許多電解池和其他儀器，不是個人能負擔得起的。于是他們向美國能源部提交了一份資金申請報告。

能源部將他們的報告送給一些專家評審。其中一名專家是猶他大學附近的伯里格漢·揚大學的物理學家斯蒂芬·瓊斯。自1986年起，瓊斯碰巧也正在做電解重水的實驗。他并沒有想到要去測量熱量，而只是檢測中子的釋放。他覺得他檢測到有多余的中子從電解池中釋放出來，但是所用的中子探測器過于簡陋，無法做精確測量。為此他花了一年半的時間建造了一個精致的中子探測器，用它檢測到電解池能釋放出比本底高一點點的中子。

見了弗雷希曼和龐斯的資金申請，瓊斯非常驚訝地獲悉就在80千米外居然有人也在做和他類似的實驗。他想到也許彼此之間可以有合作，比如可以讓弗雷希曼和龐斯使用他造的中子探測器。于是在1988年秋，瓊斯與弗雷希曼和龐斯聯(lián)系上。

龐斯此時覺得不能再保守秘密，向猶他大學校長報告了他們的重大發(fā)現。校方對此極為興奮，如果龐斯的發(fā)現是真的，并擁有了專利，就意味著能給學校帶來滾滾的財源。猶他大學的律師立即開始為其申請專利。但是猶他大學校方又擔心會被伯里格漢-揚大學搶了先。1989年3月6日，兩個學校的校長以及弗雷希曼、龐斯、瓊斯在伯里格漢·揚大學會晤，達成協(xié)議，雙方分頭各寫成一篇論文，在3月24日這一天在機場見面，把兩篇論文交給聯(lián)邦快遞寄給英國《自然》。

猶他大學校方覺得自己就坐在金山上，仍然害怕被伯里格漢·揚大學把金子挖走。于是不惜違反協(xié)議：3月11日，弗雷希曼、龐斯將其論文寄給《電分析化學雜志》；3月23日，即在約定向《自然》投稿的前一天，猶他大學單方面舉行新聞發(fā)布會。在發(fā)布會上，有記者問到猶他大學是否知道有其他人也在從事類似研究時，得到的回答是不知道。瓊斯極為惱怒，在發(fā)布會后立即用傳真給《自然》發(fā)去了論文。

猶他大學的做法不僅背信棄義，而且違反了科學研究的規(guī)范。開新聞發(fā)布會并非發(fā)布科研成果的正常渠道，何況發(fā)布的還只是初步的實驗結果。按慣例，一個科學設想在有了初步的實驗結果之后，還應該進行一系列嚴格的實驗獲得更確定的結果，然后經過同行評議在學術期刊上發(fā)表，這才是發(fā)布科研成果的正常渠道。僅僅有了初步結果，就急忙向媒體宣布，是在貪婪驅使下的一種孤注一擲的賭博行為。在科學研究中違反規(guī)范進行賭博，雖然也有可能如愿以償，但更可能賠個精光，乃至身敗名裂。

各大媒體都參加了1989年3月23日猶他大學“冷聚變發(fā)現”新聞發(fā)布會。弗雷希曼和龐斯一夜之間成了世界名人。人類即將擁有取之不盡用之不竭的廉價能源的宣告出現在世界各國的媒體頭條。但是科學家要比記者更冷靜，他們很清楚，弗雷希曼和龐斯的發(fā)現能否站得住腳，還得看其他實驗室是否能重復出其結果。他們希望了解實驗的細節(jié)，以便能夠重復實驗。但是弗雷希曼和龐斯此時能夠提供的只有即將在《電分析化學雜志》發(fā)表的論文的預印本，里面對實驗的許多細節(jié)都語焉不詳。試圖重復實驗的人只能借助其他渠道，比如根據電視拍攝的畫面去猜測實驗的細節(jié)。

起初傳來的是激動人心的消息。4月1日愚人節(jié)這一天，日本、匈牙利的研究人員都宣布重復出了弗雷希曼和龐斯的實驗結果，他們可不是開玩笑。4月10日上午，美國德克薩斯州AM大學的一個研究團隊舉行新聞發(fā)布會，宣布重復出了冷聚變實驗：他們的電解池能夠釋放出90％多余的熱能。同一天下午，喬治商學院的一個團隊也舉行新聞發(fā)布會宣布從另一個方面證實了猶他大學的結果：他們測出電解池釋放出中子。其新聞稿稱：“現在科學和工程都有了無限前景。就像火被發(fā)現的時候?！?月13日，西雅圖華盛頓大學的兩名研究生宣布他們測出電解池釋放出大量的氚——聚變的另一種可能產物，他們也舉行了新聞發(fā)布會。隨后的一段時間，世界各國的許多實驗室紛紛向媒體宣告他們重復出了冷聚變結果，其中包括蘇聯(lián)、意大利、巴西、印度乃至朝鮮。在那段狂熱的日子，新聞報紙已代替學術期刊成為發(fā)表科研成果的渠道。

弗雷希曼和龐斯的賭博似乎大功告成。4月12日，龐斯在美國化學學會的半年會上演講，約7000名與會者為他起立歡呼。猶他州政府出資500萬美元在猶他大學建立國家冷聚變研究所。猶他大學要求美國國會提供2500萬美元的經費資助該項研究。用來做冷聚變實驗的金屬鉑、鈀價格急劇上漲，達到8年來最高點。

可惜好景不長，僅僅過了幾天，最初的支持者就相繼反悔。4月13日，喬治亞理工學院的團隊宣布撤回他們的結果。他們并沒有檢測到中子，而是因為他們使用的中子探測器(與弗雷希曼、龐斯使用的中子探測器為同類型)由于受熱出現了誤差。幾天后，得克薩斯州AM大學也收回了他們的說法：他們檢測到的多余熱量是疏忽造成的，他們忘了把溫度計接地，通過溫度計的電流將它加熱了。5月25日，西雅圖華盛頓大學的那兩名研究生也承認他們的失誤，他們并沒有檢測到氚，檢測到的是環(huán)境中的另一種物質。

5月初，物理學家們發(fā)起總反攻。在美國物理學會舉行的冷聚變討論會上，加州理工學院、麻省理工學院、羅切斯特大學、勞倫斯-伯克利實驗室、歐洲粒子物理研究所等機構的研究人員都報告沒能重復出猶他大學的實驗結果。他們沒能檢測到中子、伽馬射線、氚、氦等聚變產物，而輸出能量總是少于輸入能量。美國物理學會邀請弗雷希曼和龐斯去參加會議回應批評，但兩人都沒有露面。他們隨后去參加電化學年會的會議，那次會議奇怪地只邀請那些聲稱能重復出冷聚變的科研人員發(fā)言。

實際上，那些看了猶他新聞發(fā)布會的物理學家一開始就對其結果深表懷疑。如果像弗雷希曼和龐斯所說的其測到的多余熱量是聚變產生的，那么釋放出的中子數不會只比本底略高(每秒不到100個中子)，而會是每秒釋放出數以萬億計的中子，那對沒有防護的實驗人員將是致命的。在開發(fā)布會之前，弗雷希曼也知道必須對實驗釋放的中子數做更精確的測定，聯(lián)系了英國著名的原子能研究機構哈威爾實驗室，但該實驗室不能馬上給他結果。7月，哈威爾實驗室的結果出來了：在弗雷希曼指導下重建了電解池，但是檢測不到中子。

如此看來，弗雷希曼和龐斯檢測到的中子不過是實驗誤差或疏忽造成的。那么怎么解釋他們檢測到的多余熱量呢?加州理工學院的研究人員認為是因為他們未在電解池中安裝攪拌器，局部過熱導致高估了產熱。瓊斯則認為是因為他們所用的電解池是開放式的，電解水的過程中釋放出的氫氣和氧氣能夠重新結合，這個化合過程產生了檢測到的多余熱量。他改用封閉式的電解池重新做實驗，就再也檢測不到多余熱量。瓊斯從弗雷希曼和龐斯的競爭對手轉變成了強烈的反對者。

要避免實驗誤差或疏忽的一個可靠方法是做個對比實驗，例如用輕水(普通水)代替重水做實驗，因為輕水不可能發(fā)生聚變，如果用它也能檢測到中子、多余熱量，那就說明是實驗本身出了問題。但是弗雷希曼和龐斯都沒想到要做對照實驗。在猶他大學新聞發(fā)布會后，弗雷希曼到哈威爾實驗室做報告，一個聽眾問他是否做了輕水對照實驗，弗雷希曼竟粗魯地回答說：“我不準備回答這個問題?！痹诹硪淮螘h上，龐斯也被問到同一個問題，他回答說：“這個對照實驗沒有必要。”

1989年夏天，美國能源局成立的特殊委員會到各個實驗室進行調查。11月，該委員會報告說，沒有令人信服的證據能夠證明冷聚變的存在。猶他大學國家冷聚變研究所的科研人員未能重復出弗雷希曼和龐斯冷聚變實驗。1990年5月，猶他大學校長被迫辭職。1991年6月30日，國家冷聚變研究所關門。

不過這出戲并沒有就此落幕，在被迫離開學術界之后，弗雷希曼和龐斯仍然想繼續(xù)賭下去，而且拉到了賭金。豐田汽車公司的老總豐田英二資助他們在法國建實驗室，研發(fā)讓冷聚變產業(yè)化。日本通商產業(yè)省則在1992年拿出2000萬美元的經費資助冷聚變研究。但是這個賭局已很難維持了。1995年，弗雷希曼以對研究方向有不同意見為由和龐斯分道揚鑣，脫離了豐田項目。第二年，龐斯自己也離開了。1997年，日本通商產業(yè)省終止冷聚變項目。1998年，豐田公司也終止了冷聚變項目，而猶他大學則在那一年放棄申請冷聚變世界專利。

至此戲結束了嗎?也沒有。仍然有不少被稱為冷聚變“信徒”的人在繼續(xù)著弗雷希曼和龐斯的美夢，時不時地有人聲稱證實了冷聚變的存在。他們的工作很難在主流學術期刊上發(fā)表，他們就自辦冷聚變雜志，自開冷聚變國際會議，其中有一屆還是在北京召開的。在冷聚變一詞變得臭名昭著之后，他們就改叫“凝聚態(tài)物質的核科學”。但是近20年來，除了冷聚變“信徒”反復地聲稱已驗證了弗雷希曼和龐斯的實驗之外，沒有別的突破。早在1989年龐斯就宣稱用冷聚變實驗產生的熱能夠把水燒開用來泡茶，但至今沒人能喝上用冷聚變燒開的水泡的茶。最新的進展是：在1990年就宣稱已實現冷聚變的日本大阪大學退休教授荒田吉明及其合作者張月昌于最近當眾表演冷聚變實驗，據說有幾家主要報紙和電視臺的記者出席。不過幾乎沒有英文媒體報道此事，連喜歡炒作的記者也學乖了。畢竟，科學實驗不是魔術表演，不是靠向沒有專業(yè)辨別能力的觀眾演示就能讓人信服的。