Deep Dive
Shownotes Transcript
早在今年1月，我们采访了国家点火装置的一位科学家，讨论他们距离实现“21世纪最令人印象深刻的科学壮举之一”还有多远。本周，他们宣布终于成功了。本期节目的一个版本最初于2022年1月5日播出。更多信息，请访问http://vox.com/unexplainable这是一个查看节目文字记录和阅读更多关于我们节目主题的好地方。也可以给我们发邮件！[email protected]我们会阅读每一封邮件。通过向Vox捐款来支持Unexplainable！bit.ly/givepodcasts了解更多关于您的广告选择的信息。访问podcastchoices.com/adchoices</context> <raw_text>0 9月28日，全球公民节将聚集数千名采取行动终结极端贫困的人们。加入Post Malone、Doja Cat、Lisa、Jelly Roll和Raul Alejandro，与世界领导人和活动家一起登上舞台，战胜贫困，捍卫地球，争取公平。立即下载全球公民应用程序，赢取您的节日门票。了解更多信息，请访问globalcitizen.org.com。
好的，Umair Irfan，Vox科学记者。你好，Noam。我们本周刚刚收到了一些关于核聚变的重大新闻，这是一种潜在的清洁、几乎无限的能源形式，科学家们几十年来一直在追寻它。
是什么让每个人都如此兴奋？我们收到了来自加利福尼亚州国家点火装置实验室的公告，他们终于设法从聚变反应中获得的能量超过了投入的能量。好的。这对他们来说是一个巨大的成就。这是他们几十年来一直试图达到的主要门槛。他们宣布他们终于跨过了这条线。这是它有史以来第一次在世界任何地方的实验室中完成。
简单来说，这是21世纪最令人印象深刻的科学壮举之一。是的，当我看到这条新闻时，我想，Umair，我们在今年早些时候制作了Unexplainable的这一集，对吧？
都是关于聚变以及为什么获得比投入更多能量的想法如此重要的。我们不仅谈到了这个想法，还与这个实验室的一位研究人员进行了交谈，她告诉我们他们已经接近成功了。他们距离弥合这一差距只有几步之遥。当然，他们非常兴奋。他们真的很兴奋。他们一直在慢慢接近。它似乎总是遥不可及，但他们实际上设法在活动方面跨过了这条线。
从反应中获得的能量超过了投入的能量。现在，这是一个小的进步。它仍然是一个增量。为了使聚变成为一种可行的能源，我们需要能够获得比投入时多得多的能量。当然，是的。但他们能够做到这一点这一事实，他们能够改变平衡以实际获得比投入更多的能量，这是一个巨大的进步。这意味着他们走在正确的轨道上。
从现在开始，这基本上是一个工程问题，他们最终将能够，他们说，理论上，弥合这一差距，也许有一天我们将看到聚变能源。是的，我的意思是，这是一件非常重要的事情。它有可能从根本上改变我们与能源的关系。为了理解这一切意味着什么，我们决定在这里再次分享我们的聚变剧集。
它讲述了该特定实验室的研究人员如何致力于聚变研究，为什么达到这个正能量阈值如此重要，以及这一切对清洁能源的未来可能意味着什么。
我们是否正处于下一次能源革命的边缘？一个极其昂贵的替代能源项目正在全速推进。这是历史上最雄心勃勃的科学实验之一。但它究竟是稳操胜券还是死路一条，取决于谁在告诉你。加利福尼亚州的科学家最近宣布了核聚变发电的重大突破。
我的意思是，这是几代物理学家尝试过但未能做到的事情。以前也宣布过聚变的突破，所以这仅仅是另一个空洞的承诺吗？聚变能源几乎好得令人难以置信。
一公斤聚变燃料的潜在能量与1000万公斤煤炭相同。而同样的那一公斤聚变燃料可以为10000户家庭提供一整年的电力。而且不会产生化石燃料产生的相同污染或温室气体。整个城市都可以用零碳排放来供电。想象一下没有柴油发动机，没有汽油发动机。
就像想象一下没有尾气的交通高峰时段。比化石燃料和我们今天使用的核反应堆更安全、更清洁、更高效。清洁、无限的电力。聚变具有这种几乎无限的潜力，因为它本质上就像装瓶恒星一样。
如果你透过窗户看向天空，那个又大又亮、发光的东西，那就是一个聚变反应堆。聚变实际上是太阳的能量来源。但仍然存在一个巨大的问题。我们能否像它照亮天空一样，利用聚变能量来照亮我们的电网？
几代科学家一直在试图利用聚变的能量。“我们希望在80年代初期制造激光聚变反应堆，也许在90年代让原型反应堆运行。”“自从爱因斯坦还活着的时候，聚变能源就是一个梦想。”批评者经常开的玩笑是，聚变总是在远处形成海市蜃楼，它总是10年后，而且永远都是。但科学家们并没有放弃。
他们仍在尝试。科学家们自20世纪20年代以来一直在研究聚变的基础知识。你能想到我们持续100年不间断地追求的任何其他科学努力吗？当我想到这对我们领域意味着什么，以及这对所有为之奉献一生的人意味着什么时，我仍然会感到兴奋。这是一个让你起床去解决这样一个令人兴奋的问题的好方法。经过几十年的尝试和失败，
科学家们可能即将使聚变成为现实。我们已经非常接近能够用聚变产生比我们投入更多的能量，这是使聚变发电成为可能的关键一步。这将是困难的，我们还有很多事情需要弄清楚，但我相信我们可以做到。所有这些研究的影响都非常非凡。这只是一个时间问题。
我是Noam Hassenfeld，本周在Unexplainable节目中，聚变能源可以彻底改变我们的世界并解决我们的能源问题，同时让我们走上应对气候变化的道路。但这真的可能吗？我们应该尝试多久？好的，Umair Irfan，Vox高级科学记者。你好，Noam。我知道聚变能源具有改变世界的潜力，
但它究竟是什么？它是如何工作的？聚变有点像取氢这样的微小原子，这是最小的化学元素，字面意思是元素周期表上的第一位。左上角。左上角。你把这些微小的原子猛烈地撞在一起，以至于它们粘在一起。然后它形成一个新的原子，氦。为什么结合……
两个原子会产生如此多的能量。好吧，你听说过爱因斯坦著名的公式E=MC²，对吧？当然，我最喜欢的公式。所以这就是它真正生效的地方。因为当你取这些氢原子并将它们撞在一起……
产生的新原子氦的质量实际上比你预期的要小一些。整体实际上比各个部分的总和要小一点。这是因为物质正在转化为纯能量。在E=MC²方程中，记住，M是质量。
C是光速，光速已经是一个很大的数字。因此，当你取光速并将其平方时，当你将质量直接转化为能量时，你会得到这种巨大的倍增效应。是的，就像你损失的每一分质量都会乘以光速的平方。这么多的能量。是的。
每一小部分质量乘以一个非常大的数字。没错。我们正在使用爱因斯坦的方程式。我和一位名叫Tammy Ma的物理学家谈过。她是国家点火装置（也称为NIF）的研究员。我们想做的是在实验室里利用这种反应，并以一种可以为我们提供清洁能源的方式来控制它。
我们所说的清洁能源有多清洁？超级清洁。这可能是我们想出的最清洁的能源之一。我们说的是没有二氧化碳，没有颗粒物，没有氮氧化物，没有硫氧化物。而且不像传统的核反应堆那样产生大量的放射性核废料。所以在几乎所有方面，这都比我们尝试过的任何其他东西都更清洁、更好。
我们与国家点火装置的项目，如果我们能够使其发挥作用，它将是全人类的解决方案。它清洁，环境可持续，并且可以帮助满足全球的需求。
NIF是什么样的，Tammy试图在那里利用聚变能量的实验室是什么样的？它很大。它是迄今为止研发的最强大的科学仪器之一。它位于一栋建筑物内，大小相当于三个并排的足球场，高十层楼。我去过那里，哦，我想这是
2012年，2013年。那是在我成为美国公民之前。所以我实际上必须经过严格的背景调查才能去那里，因为该实验室的一项重要任务是核武器模拟。所以它们就像功能强大的超级计算机。当NIF没有工作时
它进行核武器工作。你不允许独自一人在任何地方。你知道，你身边总有人陪着你，你进去后会看到这些高耸的硬件。很难理解你正在看什么。你会看到所有这些穿过设施的粗大的管子，然后你走向他们实际进行聚变的核心，你会看到，你知道，它有点像，
球形装置。很难形容，但它看起来就像，你知道，宇宙飞船上的东西。NIF设施被用作《星际迷航：暗黑无界》的布景。因此，我们的目标室充当了企业号星舰的曲速核心。但它也是一个研究实验室，你知道，它周围环绕着喜欢谈论他们工作的热情洋溢的科学家。我……
可以玩这些巨大、非常有趣的玩具。这个实验室使用世界上最强大的激光系统来尝试引发聚变反应。它实际上是192个独立的激光器，每个激光器本身都是世界上能量最高的激光器之一。
这些激光器究竟是如何实现聚变的？他们究竟想在这里制造什么？所以他们从一个微小的燃料颗粒开始。它大约有胡椒粒那么大。他们用这些极其强大的激光器照射它。你想要做的是取一个直径约为两毫米的燃料胶囊，并将其压缩到大约人类头发直径的一半，同时保持其圆形。想想看，像
压缩水球。如果你用手挤压水球，但你又不希望它从你的指缝中挤出来，所以你必须像在所有侧面均匀地限制它并同时压缩它。当你挤压时，它可以挤压的任何地方，气球都会挤压出来。你可以想象对称地进行这种压缩有多么困难。- 你知道，你想尝试将其限制在尽可能小的空间内，但自然界中的所有力都在与之对抗。- 好的。- 在原子的原子核中，质子带正电。你知道，你可能还记得玩磁铁时，同极相斥。所以在这里的亚原子水平上也是如此。你必须克服这些内在的力量。
这些也是非常微小的粒子。就像想象一下试图让两个台球相互碰撞，但它们是亚微观的，对吧？就像你在玩非常非常精细的台球游戏一样。所以你需要有足够的动能。你需要让原子以如此快的速度彼此经过，以至于如果它们最终彼此瞄准，它们将克服这种阻力，然后它们将碰撞并粘在一起。
这就是挑战，你知道，你正在对抗原子和亚原子水平上的一些非常强大的力。
她使用这种激光的方式，这是一种令人兴奋的新发展吗？这有什么意义？哦，这是一个巨大的项目。激光能量，它最初的能量只是激光笔内能量的一小部分。我们将它放大了一万亿倍。这个激光束在设施周围传播近一英里，因为它在镜子和放大器之间反弹并获得更多能量。直到你拥有世界上能量最高的激光器。
他们充好激光器。倒计时从T减255秒开始。插入目标。3、2、1，发射。砰。他们发射了激光，导致停电。
具有讽刺意味的是，即使我们在实验室里产生了一颗小恒星，所有的灯泡都烧坏了。所以设施实际上变暗了。好的，看起来很有希望。并非每次他们运行这些实验都会发生停电，但这表明他们使用了多少能量，以及他们在这一领域的领先地位，你知道，他们仍在测试设备的极限。即使设计一台这样的机器本身也是一项科学努力。
为了开始聚变反应，为了点燃它，你需要一个非常强大的火花。这就像给篝火点火一样。你投入初始能量，但一旦能量存在，反应就会产生自身的能量并自行传播。这些激光器，世界上最强大的激光器，应该提供这种火花。但当然，为了驱动世界上最强大的激光器，你必须使用大量的能量。
所以我们希望输出的能量大于输入的能量。这个阈值被称为点火。所以他们用超级激光照射氢原子，他们希望如果他们向其中投入足够的能量，他们可以迫使它们聚变，并有希望点燃一个越来越多的原子继续聚变的过程。对。最近他们报告说，他们比以往任何时候都更接近成功。对。
他们说，现在他们基本上只需要跳一跳，跳一跳，就能获得比投入更多的能量了。就像，他们认为这现在是可以实现的。就像，他们有一条通往基于他们获得的最新结果的能量正聚变的途径。哇，这太令人兴奋了。确实如此。我认为那里的科学家对此非常兴奋。
哦，我的上帝。是的，我高兴地跳了起来。我想我们很多人都是。他们能够使燃料在这种水平下燃烧并从中获得如此多的能量这一事实意味着，他们需要弥合差距的变化不是质变的。它们是渐进的，也就是说，他们认为通过更多微调，他们可以弥合差距并最终实现目标。
所以这似乎不再是一项不可能完成的任务了。这似乎不是完全理论上的东西。这看起来是可行的。就像他们在爬山，他们现在实际上可以看到山顶了。休息过后，我们将需要什么才能使可持续聚变能源的梦想成为现实？这值得冒险吗？接下来是。对Unexplainable的支持来自Greenlight。
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15年后，鲍勃·艾格最终在2020年交出了权力。他的退休并没有持续多久。他现在在他的遗产上留下了一个很大的污点，因为在他一次又一次地推迟退休之后，当他最终选择继任者时，这对任何人都没有好处。
当然，现在正在进行一场“烘焙比赛”。每个人都在关注，会是谁？我认为没有人是显而易见的最佳人选。情况并非如此。我是Joe Adalian。《秃鹫》和Vox媒体播客网络推出《巨人之地：迪士尼的困境》。关注你收听节目的任何地方，每周三收听新剧集。太阳的力量在我的手中。
这是Unexplainable。我们又回到了Umair这里。嘿。所以科学家们正在接近盈亏平衡点，在这个点上，他们可以从聚变反应中获得与最初触发它所使用的能量一样多的能量。那么这里还剩下什么？还有什么阻碍达到盈亏平衡？这里还有很多技术和科学挑战需要克服。好的。作为一个科学挑战和一个科学谜团，它有点独特，因为目标是相当明确的，对吧？
我们知道理论上这是可行的，但在实践中，是什么阻碍了我们？这是工程挑战，设计机器、设备。随着科学家们对这一问题的研究，他们不断发现更多他们不知道的事情。事实上，他们发展了整个物理子领域，等离子体物理学，试图理解聚变，因为它涉及物质的一种全新状态。
我想我知道什么是等离子体。等离子体有点像物质的第四种状态，对吧？它不是固体，不是液体，也不是气体。没错。你知道，你在学校学过传统的状态。想想水。当它结冰时，它是冰。当它是液体时，它以水的形式流动。然后当你加热它时，它会变成蒸汽。但是如果你在更高的温度和压力下加热它，你实际上可以得到另一种状态，称为等离子体。你知道，这就是闪电中形成的东西。
等离子体也是太阳中基本上发生的事情。我们希望能够在实验室中做到这一点，然后最终在发电厂中做到这一点。问题是，你知道，因为它是一种如此新颖的物质状态，并且因为它只存在于这些极端温度和压力条件下，所以它
科学家们仍在学习很多关于它的知识。就像，你知道，它几乎像分形一样。他们越放大，科学家们就越发现需要学习更多的东西。这就是聚变时间表不断延长部分原因，因为他们研究得越多，他们就越意识到自己不知道。
如果这永远不会发生怎么办？我的意思是，聚变实际上永远不会发生是有可能的，对吧？也许他们已经接近盈亏平衡，但他们从未达到盈亏平衡。他们永远得不到更多。这是可能的。这是我们必须准备好应对的可能性。因此，如果没有保证聚变能够成功，如果这可能永远不会发生，我们该如何让自己有最好的机会弄清楚我们仍然不了解的所有科学知识？
所以这是一个技术问题。你知道，我们一直在努力开发这项技术，试图让它更好地工作，但这也是一个资金问题，我们很难获得持续的支持。我们说的是数千亿美元，持续几十年。
所以你可以用不同的方法来做这件事。你知道，你有私营部门，还有这些亿万富翁，盖茨、贝佐斯，他们正在投资一些这些初创公司。然后是政府的支持，比如NIF，这类似于曼哈顿计划，它是在政府设施进行的，
然后与之形成对比的是，你有一些像ITER（I-T-E-R）这样的东西。这是正在法国南部建造的大型聚变实验。这就像一个大型国际合作，让我们大家团结起来，为共同目标而努力。它更类似于CERN。而且，你知道，我们从数十亿美元的领域开始的原因是，对于聚变，
与其他类型的科学实验不同，你不会从小做起，然后做大。你必须从大做起，然后做得更大。你受到材料规模的限制。你正在处理一些非常极端的温度。你正在从事尖端科学。你需要很多非常聪明的人使用世界上最先进的一些东西。你必须以足够大的规模来做这件事，以便你实际上能够取得这些成果。因此，进入壁垒非常高。
但这听起来我们正在为NIF等大型未来设施和项目投入大量资金。我的意思是，我们投入的资金不够吗？许多聚变科学家会认为，我们从未对聚变进行过应有的资金投入。你知道，美国能源部在70年代进行了一项研究，研究了实现能量正聚变的不同途径。
他们研究了快速全力以赴的方法、中等方法和缓慢的长期方法。然后他们还研究了这种聚变永远不会发生的情况，在这种情况下，我们只有少量资金投入聚变，这永远不足以实现任何目标。
迄今为止，我们的资金投入远低于这个水平。我们的资金投入低于“聚变永远不会发生”的水平。没错。所以我们确实在“聚变永远不会发生”的轨道上运行了相当长一段时间，同时也在取得科学进步。
我和Troy Carter谈过，他是一位研究聚变能源的物理学家，但也思考这些宏观问题。事实是，我们已经有几十年没有新的设施能够让我们真正将能量提升到另一个规模了。
因此，如果没有必要的投资来迈出下一步，我们一直处于这种停滞状态，我们在科学方面取得了良好的进展，并且非常了解情况。但我们无法采取措施来真正看看我们能否从中制造出能源。所以就像聚变反应本身一样，我们从未真正投入足够的资金来引发点火。我们只需要投入足够的资金来实现点火。没错。但现在围绕聚变的讨论似乎更多了，对吧？这是否意味着更多的资金？
是的。现在，人们非常关注聚变，因为已经取得了一些重大进展。而且还存在对气候变化的担忧，你知道，我们将来需要更多清洁能源。但我们也面临压力，因为我们也需要现在就开始改变我们的能源系统。
例如，美国已经承诺到2030年大幅减少其温室气体排放量。我们已经有一个不到10年时间的临时目标，这意味着许多变化必须立即开始发生。例如，将车辆电气化，以及关闭化石燃料发电厂。
然后问题是，你知道，当你拥有有限的资金和有限的时间时，最好的花钱方式是什么？我知道人们会说你已经做了很长时间了。你还没有到达那里。我们为什么要继续投资？但这是那些事情之一，同样，对这个问题的投资水平需要更大。与环境成本相比，与我们在能源上的支出相比，这只是九牛一毛。我们绝对没有理由将一项能源投资与另一项能源投资进行权衡。
在这里同时进行这两项工作是否可能，例如现在应对气候变化并为未来投资聚变？我的意思是，从理论上讲，聚变本身是可能的。除了我们自己的想象力和意志的局限性之外，没有理由我们不能做到这一点。但是，我们有足够的钱吗？钱是编造的。
二氧化碳是真实的。它是一种物理物质，它正在加热整个地球。钱是编造的。所以这是一个关于我们价值观的决定。当谈到发动战争时，总是有钱的。当谈到其他事情，例如救助大型产业时，我们似乎总是能找到钱。但是当我们看到几十年后才会产生效益的事情时，当现在在职的大多数政治家都会离开时，就很难提出这种论点了。
签署聚变能源大型资金法案并真正启动这项工作的人可能不会活到看到第一个聚变反应堆启动的那一天。
那么谁会为此承担责任呢？你如何向你的选民解释你现在为一些你不会看到好处的事情而花的钱呢？是的，你知道，我一直反复提到的一点是，这是一个节目，Unexplainable是一个关于未知的节目。我们很乐意谈论那些，你知道，将来可能会发生的事情。我们现在并不完全理解。我们看到了这种和那种潜力。
当我们谈论数千亿美元的税款时，当人们说，你知道，我什么时候才能看到它的好处时？
让人们相信一项可能永远无法实现的事情似乎很难。确实如此。但我认为这不仅仅是目的地的问题，更是旅程的问题。想想太空计划吧。从实际角度来看，美国从登月本身获得了什么？我们并没有在那里建立殖民地，也没有在月球上开采资源。对。
但追求如此超乎我们以往任何尝试的目标这一简单的过程，开启了一整套新的技术，从如何运营像NASA这样的机构到火箭和卫星的工程技术等等。太空计划带来了很多东西。同样，在我们追求核聚变的过程中，我们正在学习很多关于等离子体物理学的知识，这些知识已经能够应用于半导体制造等行业，并且
在我们制造这些旨在承受这些极端条件的材料，并想出约束它们的方法时，这在核聚变以外的其他行业也有应用。我真的很欣赏你将它与太空计划的比较。在某种意义上
20世纪60年代登月似乎是不可避免的。就像我们现在讲述的故事一样，“哦，我们总是会登上月球。”我觉得很多事情都可能发生变化。我想如果我们说，我们需要同样规模的另一笔投资，你认为这种事情会在我们的未来发生吗？如果你回到20世纪60年代他们资助太空计划的时候，
你会发现，就民意调查而言，当时人们并不都赞成它。许多人提出了我们现在正在讨论的同样的问题。把人送上月球真的值得吗？这听起来像是一件非常轻率的事情。
考虑到冷战的紧张局势、经济以及……民权运动。民权运动。你同时还有很多其他的担忧。当时很多人也提出了同样的问题。这仍然是一项值得努力的事情吗？所以……
我们可以把核聚变看作类似的事情，我们在核聚变方面投入了大量的沉没成本，用于研发，但我们也在取得进展。如果我们能够保持这种势头，让更多的人对它感兴趣，并激励下一代科学家继承这个项目，并最终完成它，我们有可能实现可能是人类最伟大的科学成就。是的。
优麦尔，如果你负责预算，如果你面前有数千亿美元，你可以用这笔钱，你是否对这笔钱有足够的信心，把它投入到这个项目中，让它成功，做出这个赌注？
我出生在一个道路已经建成、有国际航空运输、有数十种疫苗帮助我活过童年的世界。所有这些投资都是我从未见过的人做出的，其中许多人从未见过结果。我认为我有责任向过去和未来做出同样的投资。我会押注核聚变。
本集由梅雷迪思·霍德诺特制作，也就是我，在诺姆·哈森费尔德和伯德·平克顿的帮助下。凯瑟琳·威尔斯、布莱恩·雷斯尼克和诺姆对节目进行了编辑，诺姆还为节目配乐。理查德·西玛负责事实核查，克里斯蒂安·阿亚拉负责混音和声音设计，曼迪·阮计划养一只宠物鸽子，丽兹·凯利·尼尔森是Vox音频的副总裁。
如果你想联系我们，请发送电子邮件至[email protected]。如果你想在任何你收听播客的地方给我们留下好评或评分，我们将不胜感激。这将有助于其他人找到我们的节目。Unexplainable是Vox Media播客网络的一部分。我们下周三将在你的订阅中回归。祝你一周愉快。