爱因斯坦的失去了假说

W当欧内斯特·斯特恩格拉斯(Ernest Sternglass)在1947年4月走上默瑟街112号的台阶时，他知道这将是不寻常的一天。现年23岁的斯特恩格拉斯是华盛顿特区海军武器实验室的研究员，他就像被召去见教皇的教堂执事一样，应普林斯顿最著名的居民阿尔伯特·爱因斯坦的邀请，来到了新泽西州的普林斯顿。他只获得了电气工程学士学位，这个月早些时候，他给爱因斯坦写了一封信，介绍了他在实验室里的工作。令他大为惊讶的是，爱因斯坦不仅迅速回信，还要求斯特恩格拉斯亲自到普林斯顿去讨论这项工作。

斯特恩格拉斯不知道的是，他拜访爱因斯坦后，引发了一连串的通信，其中包括一个未发表的实验(他的)和一个未发表的假设(爱因斯坦的)，这可能是本世纪最重要的、被忽视的科学内容之一。科学被忽视的原因很明显:它至少比当时超前了一代人。现在，半个多世纪过去了，这项工作正在被重新审视，这可能对可持续能源生产产生深远的影响。因为斯特恩格拉斯发现了如何用家用墙壁插座的每一个能级来制造自由中子，而爱因斯坦则解释了其中的原因。

然而，在1947年春天的那一天，斯特恩格拉斯谦逊地参观了圣彼得物理学大教堂。到达普林斯顿后，他敲了敲那间用隔板围起来的房子的门，一个秘书让他进入门厅，很快他就看到了现在很出名的剪影:一个上了年纪的男人，带着卷曲的头发，穿着一套旧运动服和卧室拖鞋。

斯特恩格拉斯之所以联系爱因斯坦，是因为他在华盛顿的实验室正在研究电子被电子束击中后如何从金属中喷射出来。海军想要更好地了解这个过程，这样他们就可以开发夜视摄像机、摄影和视频，对身体热量发出的红外光敏感。

科学被忽视的原因很明显:它至少比当时超前了一代人。

乍一看，斯特恩格拉斯的发现似乎只是一个军事上的好奇，几乎不值得去接触时空本身的建筑师。但爱因斯坦因一个解释与海军研究有关的现象的理论而获得诺贝尔奖:电子从被紫外光照射的金属中喷射出来，这个过程被称为光电效应。斯特恩格拉斯开始怀疑解释他这一过程的理论——二次电子发射——是完全错误的。“当时我20出头，”斯特恩格拉斯在1997年的回忆录中写道大爆炸之前“我没有接受过高等物理教育，我正要去问这位继牛顿之后世界上最著名的科学家，他对我的想法有什么看法。”

在爱因斯坦的邀请下，两人来到了默瑟街112号的后院。爱因斯坦很珍惜有机会和客人们在他那简朴而又深受喜爱的花园里散步的机会。斯特恩格拉斯发现了他和主人的共同点。斯特恩格拉斯回忆说:“我们在柏林郊区有一个小花园，我父亲在那里建了一座避暑别墅。”两人都是土生土长的犹太德国人，他们在20世纪30年代逃离了纳粹德国，当时还有机会逃离。爱因斯坦取消了下午剩下的约会。

斯特恩格拉斯向爱因斯坦解释说，具有讽刺意味的是，最新的二次电子发射理论与爱因斯坦自己的光电效应模型太像了。爱因斯坦的光电理论只考虑了原子中离原子核最远的最外层电子。这是一个可靠的假设，并且得到了今天科学的证实。但是电子和光子是不同的东西。电子比紫外线具有更强的杀伤力，因此可以更深入地穿透原子。斯特恩格拉斯说，因此，每一个围绕原子旋转的电子都必须在二次电子发射的现实理论中得到解释。“我觉得这听起来很合理，”爱因斯坦回答道。

谈话转到斯特恩格拉斯的核心话题:核粒子，尤其是中子。中子是嬗变的媒介:它们能把元素周期表中的一种元素变成另一种元素。当时大家都知道，在原子核中紧挨着的质子和中子，如果与电子配对，就能相互转化。通过这种方法，我们可以在碳的稳定同位素(比如说，原子核中有6个质子和7个中子)中添加一个中子，从而产生不稳定同位素——碳14，它有6个质子和8个中子。一段时间后(平均5730年)，碳14释放出一个电子，形成氮的稳定同位素，含有7个质子和7个中子。这里还有另一个与爱因斯坦的联系:艾萨克·牛顿，他的物理定律被爱因斯坦证明是不完整的，他痴迷于元素的嬗变(这是古代炼金术传统的一部分)，并拥有他那个时代最大的炼金术库之一。

斯特恩格拉斯曾研究过爱因斯坦的相对论，并找到了描述电子及其反物质对应物正电子稳定轨道构型的方程的解。他把这些轨道对解释为相当于质子和中子。今天，我们认为这些模型创造性地引人入胜，但也不正确(夸克构成了质子和中子)。

尽管如此，它还是把斯特恩格拉斯引向了一个至关重要的假设。如果正如斯特恩格拉斯模型所指出的那样，中子和质子确实是在组成上只差一个电子的核表亲，那么就可能存在一种从质子和电子中制造中子的后门方法。爱因斯坦也一直在努力研究电子的本质，电子与反物质碰撞后只留下两个光子，而不是质子-中子碰撞产生的那种动物粒子。电子是一个例外吗?

在几年内，斯特恩格拉斯将会以低到令人不感兴趣的能量使电子与质子发生碰撞，并向他在普林斯顿的导师报告一些令人惊讶的结果。就爱因斯坦而言，他在这位年轻工程师身上看到了希望。他的临别建议令人惊讶:“不要做我做过的事，”爱因斯坦告诉斯特恩格拉斯。“总是做一份补鞋匠的工作，这样你早上起来就可以面对自己，你正在做一些有用的事情。没有人能成为每天都能解决宇宙问题的天才。”

斯特恩格拉斯听从了这个劝告。他没有选择攻读纯物理研究生课程，而是在本科时的母校康奈尔大学(Cornell University)新成立的工程物理系攻读博士课程。他的研究生导师菲利普·莫里森(Phillip Morrison)是曼哈顿计划的一名老兵，他和另一名炸弹计划的老兵理查德·费曼(Richard Feynman)共用一间办公室。莫里森告诉斯特恩格拉斯，他可以进行中子实验，只要斯特恩格拉斯也从事更为传统的二次电子发射的研究。斯特恩格拉斯表示同意。

1950年11月19日，斯特恩格拉斯给爱因斯坦写了一封信，告诉他他的最新成果。这封信今天保存在耶路撒冷的爱因斯坦档案中，信中透露了一位热切的年轻物理学家，他显然在等待合适的时机与一位特别记者重新联系。“我很幸运能够解决二次排放问题，”斯特恩格拉斯写道。“因为你是第一个鼓励我采取这种方法的人，我觉得我想简单地告诉你我的发现。”师生之间的通信就这样恢复了。

一旦斯特恩格拉斯在二次电子发射问题上有了坚实的基础，他就把注意力转向了他与爱因斯坦讨论过的关于中子和电子的想法。他一有了自信的实验结果就给导师写了信。

在1951年8月26日给爱因斯坦的信中，斯特恩格拉斯写道:“你可能会有兴趣知道，在过去的两个月里，我已经获得了在高压氢放电中由质子和电子形成中子的实验证据。”

中子嬗变在原则上可以制造贵重金属——这是中世纪炼金术士的疯狂梦想。

斯特恩格拉斯的中子实验包括一根不足一英尺长的真空玻璃管，管内充满氢气。他通过气体和电子枪末端的银和铟薄膜发射电子枪，电子枪的类型与老式的电子管电视机很相似。他所研究的能量(约35000电子伏特)中的电子束，没有任何已知的方法可以在箔中产生任何放射性。然而，他一次又一次地观察到这一点。当他在常规空气中进行控制实验时，箔片并没有变得有放射性。

放射性特征表明，构成银的两种稳定同位素(含60个中子的银107和含62个中子的银109)正在发生嬗变。在每一个中子中加入一个中子就会产生不稳定的银108和银110同位素。当银-108衰变时，它平均在2.3分钟内释放出一个电子(或粒子)。剩下的原子变成了稳定的同位素镉-108。银-110的寿命更短，贝塔在24秒内就会衰变成镉-110。斯特恩格拉斯在他的实验笔记本上写道:“我预计将观察到持续3-4分钟的衰变。”他看到了。他的银箔就像被低能中子轰击过一样。

但这与传统的粒子和核物理模型背道而驰。电子束可能扫过金属箔中的银原子。正如斯特恩格拉斯自己研究过的，它们可能会把银原子中的其他电子撞出来。然而，斯特恩格拉斯管中的电子，仅由35000伏特驱动，移动得太慢，无法产生任何核反应。爱因斯坦在4天后给斯特恩格拉斯的信中指出:“为了形成中子，需要一个电子，它的电压必须达到78万伏特。”

斯特恩格拉斯知道，低能中子源可能会产生戏剧性的影响。1951年，世界上最大的中子生产工厂是位于华盛顿州汉福德(Hanford)的原子能委员会(Atomic Energy Commission)设施中的一座价值10亿美元的工厂。但斯特恩格拉斯似乎是用一个只花费数千美元的实验装置来生产中子的。这些自由中子一旦产生，就可以充当某种“魔法石”。例如，他们可以从铀中生成钚原子。事实上，理论上它们可以改变宇宙中的任何元素。

中子嬗变在原则上可以制造贵重金属——这是中世纪炼金术士的疯狂梦想。但这样做的成本太高。然而，今天，一个不同的、更诱人的目标在召唤着我们:清洁能源。嬗变的结果往往是一个不稳定的原子，注定要衰变。在这个过程中，它会释放出一个高能电子或光子。如果这种高能粒子能够被捕获，它就可能转化为热量和可用的能量。

1951年，斯特恩格拉斯只记录了对他的明显发现的应用的初步想法。“我的发现可能会引起极大的兴趣，”斯特恩格拉斯在他未发表的实验笔记本中写道。“人们可能会有一个简单得可笑的中子形成过程——它甚至可能用于原子能的应用。”

无论未来如何，斯特恩格拉斯都欣喜若狂。在第一个晚上的数据收集工作进行到一半的时候，他打电话给他的妻子，以及为他的实验建造x光管的康奈尔大学物理学教授莱曼·帕拉特(Lyman Parratt)。回到家后，他又给莫里森打了电话。莫里森说，他怀疑低能中子可能与此有关。因此，在7月份剩下的时间里，斯特恩格拉斯完善了他的实验，并继续收集数据。他改进了管子里的气泵系统，在一个盐矿的底部重新进行了排除宇宙射线的部分实验，并研究了其他理论。一切都指向中子。科学文献似乎也支持他。诺贝尔奖得主、电子发现者j·j·汤姆森在1914年也曾报告过类似的发现。“他观察到铂的辐射，”斯特恩格拉斯在笔记本上写道，“……我现在相信那是在中子轰击影响下的β辐射!”

放射性衰变可以转化为无害的热浴。当然，热能可以很容易地转化为电能。

对斯特恩格拉斯在康奈尔大学物理系的研究结果的兴趣中夹杂着丑闻。一位教员告诉他，他听说斯特恩格拉斯在伪造数据。在秋天的晚些时候，斯特恩格拉斯记录了另一次直言不讳的交锋。斯特恩格拉斯写道:“昨天和教授的谈话让我感到相当沮丧。”“他说，‘即使我的数据可能有一些明显的影响，他也不会感兴趣。“…在物理学的历史上有许多“奇怪的实验”，没有人能够解释……我突然意识到，这的确是一种奇怪的科学态度，”斯特恩格拉斯接着说。

而爱因斯坦则更有思想。在1951年8月30日的一封信中，爱因斯坦只写了一个简短的段落，其中的两句话就像他战后在普林斯顿大学(Princeton)所形成的任何想法一样富有洞察力。“也许反应发生时，多个电子同时将能量转移到一个“质子，”爱因斯坦写道。“根据量子理论，这在一定程度上是可以想象的，尽管不是很可能。”爱因斯坦向斯特恩格拉斯提出的理论涉及到作为一个具有共同属性的整体共同行为的电子集合。你可以把它想象成一群孩子把口袋里的零钱凑在一起买一块糖果。今天，从超导体到激光，一切都依赖于电子的集体行为，但在20世纪50年代，这在很大程度上还是一个遥远的理论前景。

爱因斯坦做出了一个典型的辉煌飞跃。但无论是他，还是斯特恩格拉斯，还是任何同时代的人，都没有技术或理论框架来解释斯特恩格拉斯的数据。他的数据和爱因斯坦的假设都没有发表。斯特恩格拉斯已经有了一个主题:二次电子发射，一个没有引起任何争议的主题。正如斯特恩格拉斯在大爆炸之前九年后，他在西屋研究实验室(Westinghouse Research Laboratories)工作时，确实重新进行了中子创造实验。然而，那时爱因斯坦已经去世了。使用西屋的实验室设施，斯特恩格拉斯无法复制他在康奈尔大学的数据(尽管值得指出的是，他在海军武器实验室的一位同事在1953年就复制了他的数据)。斯特恩格拉斯在他1997年的书中总结道:“直到今天，在气体放电管的复杂环境中，中子是如何以比预期低得多的能量形成的，仍然是一个谜。”

这可能就是故事的结局。但是，出乎意料的是，25年前开始的一项完全独立的研究重新激起了人们对斯特恩格拉斯低能中子的兴趣。1989年，犹他州大学的两名化学家在新闻发布会上宣布，他们发明了一种用简单的桌面仪器引发核聚变的方法，这引起了全球媒体的轩然大波。斯坦利·庞斯(Stanley Pons)和马丁·弗莱施曼(Martin Fleischmann)发现，将电流通过一个特别制备的浸在重水中的钯电极，会产生大量的热量，比预期的化学反应要多。“冷聚变，”头条新闻大声疾呼。

但物理学家们当时的反应和今天一样:冷聚变根本不可能实现。没有任何放射性、伽马射线或高能中子，而这些都是核聚变反应应该伴随的。那么，什么可以解释这些数据呢?当冷聚变成为一个不受欢迎的领域时，一些人将其与低能量中子联系起来。1989年5月，就在庞斯和弗莱施曼公布他们的数据一个月后，一个名叫拉里·a·赫尔(Larry a . Hull)的人给《纽约时报》的编辑写了一封信化学与工程新闻推测他们观测到的可能不是核聚变，而是嬗变，这种嬗变是由斯特恩格拉斯声称观测到的低能中子引起的。

十多年来，这种解释一直处于冷聚变研究领域的边缘(冷聚变研究本身也处于更广泛的科学界的边缘)。只是在2006年，一篇具有里程碑意义的论文发表在欧洲物理学报C，中子诱导的嬗变，作为一种不同于冷聚变的东西，开始成为一种可行的理论。这篇论文预测，当以特定频率振荡的电磁场驱动时，涂覆氢、氘或氚原子的金属表面上的电子可以集体行为(正如爱因斯坦所预测的)。这种集体行为可以给它们足够的能量与氢、氘或氚结合生成中子。

这篇论文接着说，产生的中子运动非常慢——事实上，慢到足以在它们离开出生地的微观附近之前，就被附近的一个原子吞噬掉。然后原子变得不稳定，可能会释放出放射性衰变的副产品，比如伽马射线或高能电子。同一位作者在另一篇论文中计算出，电极的微观表面，比如那些倾向于产生低能中子的表面，是放射性伽马射线的有效吸收器。所以放射性衰变可以转化为无害的热浴。当然，热能可以很容易地转化为电能。

上面的图片没有涉及核聚变，核聚变需要巨大的能量，其规模相当于将中子和质子聚集在一起的所谓“强力”。相反，它需要更低的能量，在核弱力的规模，这是中介了一个质子捕获一个电子。

这些论文的作者——东北大学物理学教授Allan Widom和芝加哥能源行业顾问Lewis larsen——独立于未发表的Stern- glass-Einstein工作，发展了他们的想法。虽然Widom和Larsen都拒绝了这篇文章的采访请求，但他们都分别指出，直到他们的论文发表后，他们才看到了Sternglass的工作和爱因斯坦的解释。"真正让人难以置信的是爱因斯坦看起来在Sternglass的数据中，然后立即意识到，观测到的中子产生一定涉及某种与电子有关的多体集体效应，”拉森写道。

Widom-Larsen的论文听到了低能核反应研究领域的微小复兴(“冷聚变”一词已被弃用)。2012年3月，拥有世界上最强大粒子对撞机的欧洲核研究组织(CERN)举行了自1989年以来的第一次有关庞斯-弗莱施曼数据的研讨会。2012年11月，美国核学会(American Nuclear Society)在圣地亚哥的冬季会议上举行了一场关于低能量核反应的分组会议。位于弗吉尼亚州汉普顿的美国宇航局兰利研究中心(Langley Research Center)设计了一系列实验来验证Widom-Larsen理论。

研究人员明确表示，有越来越多的实验数据与该理论一致。意大利核物理研究所的研究员Francesco Celani向他的CERN听众描述了Pons和Fleischmann之后的20个实验，这些实验也产生了令人费解的热量——尽管它们只是偶尔重复。意大利佩鲁贾大学的物理学教授约根德拉·斯里瓦斯塔瓦(Yogendra Srivastava)在同一场研讨会上解释说，已经发表了数百篇关于细线的论文，这些细线在电流过载时发生爆炸，根据一些实验，还会产生中子。他描述了任何基于低能中子生产的潜在技术将如何被人类首次利用弱力，弱力是自然界的四种基本力之一。正如美国国家航空航天局(NASA)兰利的高级研究科学家约瑟夫·扎瓦德尼(Joseph Zawodny)所说，“我无法想象有一种完整的自然力量存在于那里，只是为数不多的几种之一，它是无聊的、无趣的、毫无用处的。”

在11月召开的美国核学会会议上，来自日本三菱重工的岩村忠彦(Tadahiko Iwamura)描述了三菱关于中子诱导嬗变的实验。岩村说，他的实验室观察到，当氘被迫流过放射性元素铯时，铯被转化为一种危害较小的较重元素镨。铯通常存在于核废料中。在问答环节，岩村承认丰田的其他科学家也独立地证实了三菱的突变数据，这让观众感到惊讶。

但这项研究面临着公众和科学怀疑的强烈逆风。这在一定程度上是由于大量现代冷聚变机的持续活动，这些冷聚变机未能为桌面核聚变提出任何成立的理论。“真正的科学和伪科学之间的区别还没有被广泛了解，”《科学》的编辑Steven Krivit说新能源时代这是一份必威开户官网专门报道由庞斯-弗莱施曼实验发起的地下科学运动的通讯。就连美国国家航空航天局(NASA)也受到了批评。2011年，监督机构NASA Watch网站以“为什么NASA Langley在冷聚变研究上浪费时间?”这个题目忽略了(强力)聚变和(弱力)低能核反应之间的区别。

美国国家航空航天局兰利中心首席科学家丹尼斯·布什内尔说，该领域还受到实验数据变化的困扰。斯特恩格拉斯无法在西屋电气重现他在康奈尔大学的数据，这是第一次看到这一点。布什内尔指出，根据Widom-Larsen理论，激发一个质子俘获一个电子需要非常强的局域电场，高达每米1000亿伏特。布什内尔说:“有几种方法可以做到这一点。”“一种方法是提高电压。另一种方法是减少里程表。”如果嬗变确实依赖于纳米尺度的特征，如灰尘颗粒、裂缝或杂质——具有“缩小的米”的特征——那么实验人员必须解决在这些尺度上控制他们的材料的艰巨的实验挑战。

Zawodny虽然明确表示，嬗变只是一个暂时的承诺，但他说，在能源生产方面的应用不能被忽视。他说:“低能核反应仍然不能煮沸一杯茶。”“但如果以最优的方式实现，并取代所有形式的能源生产，那么每年的市场价值将达到6万亿美元或更多，”他说。“如果这是真的，影响是如此巨大，对我们当前问题的应用和迅速解决它们的能力是如此明显，我们不能不这样做。”

研究者同意Zawodny的观点，并致力于这一有争议但潜在重要的研究方向，将感激爱因斯坦给Sternglass的临别建议。1954年3月，在爱因斯坦去世前13个月，斯特恩格拉斯给他的导师寄去了一份他最新出版的关于二次电子发射的著作，以及一张75岁生日贺卡。在他写给斯特恩格拉斯的最后一封信中，爱因斯坦发出了一张打印的感谢信。卡片的背面是手写的回复，只有两个字。

“要固执，”爱因斯坦说。

马克•安德森是一名科技记者，曾为《发现》、《技术评论》、《科学美国人》、《科学》、《连线》、《IEEE光谱》、《新科学家》和《滚石》杂志撰稿。


为了写这篇文章，汉斯-约亨·特罗斯特将爱因斯坦写给欧内斯特·斯特恩格拉斯的信翻译成了英语。
欲了解更多关于Widom-Larsen理论和低能核反应的信息，请参阅时事通讯《新能源时报》必威开户官网

感谢Ephraim Fischbach在本文的技术方面提供的专业知识。

这篇文章首次出现在2013年11月的《浪费》(Waste)专刊上。