爱因斯坦的迷失假说(2013)

1947年4月，当欧内斯特·斯特恩格拉斯(Ernest Sternglas)走上默瑟街112号的台阶时，他知道这将是不寻常的一天。就像教会执事被召见教皇一样，23岁的斯特恩格拉斯(Sternglas)是应新泽西州普林斯顿最著名的居民阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)的邀请来到该市的。斯特恩格拉斯是华盛顿特区海军军械实验室(Naval Ardnance Laboratory)的一名研究员。他只获得了电子工程学士学位，当月早些时候曾写信给爱因斯坦，谈到他在实验室里所做的工作。令他大吃一惊的是，爱因斯坦不仅立即回信，还要求斯特恩格拉斯访问普林斯顿，亲自讨论这项工作。

斯特恩格拉斯不知道的是，他对爱因斯坦的访问将引发一连串的通信，既涉及一项未发表的实验(他的)，也涉及一项未发表的假设(爱因斯坦的)，这些共同构成了本世纪最重要的被忽视的科学作品之一。这项科学之所以被忽视，原因很简单：它至少比那个时代超前了一代人。现在，半个多世纪过去了，人们正在重新审视这项工作，这可能会对可持续能源生产产生深远的影响。对于斯特格拉斯来说，发现如何创造具有家用墙壁插座常量水平的自由中子--而爱因斯坦将解释其中的原因。

然而，在1947年春天的那一天，斯特恩格拉斯是圣彼得物理大教堂的一个卑微的参观者。到达普林斯顿后，他敲响了隔板房子的门，一名秘书让他进入了门厅，很快就看到了现在著名的剪影：一位头发卷曲的光环老人，穿着旧运动服和卧室拖鞋。

斯特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当一束电子束击中金属时，电子是如何从金属中喷射出来的。海军希望更好地了解这一过程，这样他们就可以开发对体温发出的红外光敏感的夜视相机、摄影和视频。

乍一看，斯特格拉斯的发现似乎只是一件军事珍品，几乎不值得联系时空设计师。但爱因斯坦因一项理论而获得诺贝尔奖，该理论解释了与海军研究相关的一种现象：在一束紫外光的照射下，电子从金属中喷射出来，这一过程被称为光电效应。斯特格拉斯已经开始怀疑，解释他的过程的理论--称为二次电子发射--是完全错误的。“在我20岁出头的时候，”斯特恩格拉斯在他1997年出版的回忆录“宇宙大爆炸之前”中写道，“我没有接受过任何物理方面的高级教育，即将询问这位自牛顿以来世界上最著名的科学家，他对我的想法有何看法。”

在爱因斯坦的邀请下，两人走到默瑟街112号的后院。爱因斯坦很珍惜与客人一起漫步在他朴素但深受喜爱的花园里的机会。斯特格拉斯找到了与主人的共同点。“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，”斯特格拉斯回忆道。这两个人也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，当时仍然有机会逃离。爱因斯坦取消了下午剩余时间的约会。

斯特格拉斯向爱因斯坦解释说，具有讽刺意味的是，最新的次级电子发射理论与爱因斯坦自己的光电效应模型太相似了。爱因斯坦的光电理论只考虑了原子中最外层的电子，离原子核最远。这是一个稳妥的假设，今天的科学也证实了这一点。但是电子和光子是两码事。与紫外光相比，电子的冲击力更大，因此可以更深入地穿透原子。因此，斯特格拉斯说，在现实的二次电子发射理论中，必须考虑到围绕原子运行的每个电子。“在我看来这听起来很合理，”爱因斯坦回答说。

托马斯的父母一直不确定，因为他的大脑受伤了，他是否认出了他们，甚至感觉到了他们的存在。躺在医院的病床上，他看起来就像一个典型的12岁男孩。如果不是因为挂着的电缆星座.。多读

谈话转移到了斯特格拉斯内心深处的东西上：核粒子，特别是中子。中子是变形的媒介：它们可以将元素周期表中的一种元素转化为另一种元素。当时人们知道，质子和中子在原子核中紧挨着坐在一起，如果与电子配对，就可以相互转换。通过这种方式，人们可以将一个中子添加到碳的稳定同位素(比方说，它的原子核中有6个质子和7个中子)，从而产生不稳定的同位素碳-14，它有6个质子和8个中子。过了一段时间(平均5730年)，碳-14喷出一个电子，形成氮的稳定同位素，有七个质子和七个中子。那么，这就是与爱因斯坦的另一个联系：爱因斯坦证明他的物理定律不完整的艾萨克·牛顿(Isaac Newton)痴迷于元素的变形(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馆之一。

斯特格拉斯曾与爱因斯坦的相对论合作，并得出了描述电子及其反物质对应物正电子稳定的轨道构型的方程的解。他将这些轨道对解释为相当于质子和中子。今天，我们认为这些模型很有创意，但也不正确(夸克由质子和中子组成)。

尽管如此，它还是将斯特恩格拉斯引向了一个关键的假设。如果正如斯特格拉斯的模型所建议的那样，中子和质子确实是组成只有一个电子不同的核表亲，那么就有可能有一种从质子和电子制造中子的后门方法。爱因斯坦也一直在与电子的性质搏斗，电子在与反物质对应物碰撞后只留下两个光子，而不是像质子-中子碰撞产生的那种粒子的兽性。电子是一个不同的物种吗？

在几年内，斯特格拉斯将以太低的能量将电子与质子相撞而不被认为是有趣的，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，他在这位年轻的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Sternglas。“永远做一份鞋匠的工作，这样你早上就可以起床，面对自己，你正在做一些有用的事情。”没有人能成为天才，每天都能解决宇宙的问题。“。

斯特恩格拉斯听从了这个建议。他没有注册纯物理研究生项目，而是进入了他的本科母校康奈尔大学(Cornell University)新设的工程物理系的博士项目。他的研究生导师是曼哈顿计划的老兵菲利普·莫里森(Phillip Morrison)，他与另一名炸弹老兵理查德·费曼(Richard Feynman)共用一间办公室。莫里森告诉斯特格拉斯，只要斯特格拉斯还从事二次电子发射这一更为传统的课题，他就可以进行他的中子实验。斯特格拉斯表示同意。

1950年11月19日，斯特恩格拉斯给爱因斯坦写了一封信，告诉他他的最新工作。这封信-今天在耶路撒冷的爱因斯坦档案馆-揭示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名特别记者重新联系。“我很幸运能够解决二次排放问题，”斯特格拉斯写道。“既然你是最早鼓励我的人之一，我觉得我想非常简短地告诉你我的发现。”这样就恢复了师生之间的通信。

一旦斯特格拉斯在二次电子发射问题上站稳了脚跟，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。一旦他有了对实验结果有信心的实验结果，他就给他的导师写信。

斯特格拉斯在写给爱因斯坦的一封日期为1951年8月26日的信中写道，“你可能有兴趣了解到，在过去的两个月里，我已经能够获得高压氢放电中质子和电子形成中子的实验证据。”

斯特格拉斯的中子实验由一个不到一英尺长的充满氢气的真空玻璃管组成。他发射了一支电子枪，与老式管子电视机中的类型一样，通过气体和管子末端的银和铟薄片发射。他所研究的能量(大约35000电子伏特)的电子束没有任何已知的方法可以在箔中诱导任何放射性。然而，这是他一次又一次地观察到的。当他在光束通过常规空气的情况下进行对照实验时，箔片并没有变得具有放射性。

放射性特征表明，构成银的两种稳定同位素(银-107有60个中子，银-109有62个中子)正在经历嬗变。在每一个中添加一个中子会产生银-108和银-110同位素，这两种同位素是不稳定的。当银-108衰变时，它平均在2.3分钟内释放出一个电子(或β粒子)。剩下的原子变成稳定同位素镉-108。银-110的寿命更短，贝塔在24秒内就会衰变成镉-110。斯特格拉斯在他的实验室笔记本上写道：“我应该预计会观察到持续3-4分钟的衰变。”他就看到了这一点。他的银箔表现得就像是被低能中子轰击过一样。

但这与粒子和核物理的传统模型背道而驰。电子束可以掠过金属箔中的银原子。正如斯特格拉斯本人所研究的那样，它们可能会将银原子中的其他电子击倒。然而，斯特恩格拉斯管中的电子在35000伏特的推动下移动得太慢，无法产生任何核反应。爱因斯坦在四天后的一封信中向斯特格拉斯指出，“为了形成中子，需要一个经过78万伏特的电子。”

斯特格拉斯知道，一个低能量的中子源可能会产生戏剧性的影响。1951年，世界上最顶尖的中子生产工厂是位于华盛顿州汉福德的原子能委员会设施中一座耗资10亿美元的工厂。但斯特恩格拉斯似乎正在用一个只需数千美元的实验装置来产生中子。一旦产生，这些自由中子就可以充当一种“哲人之石”。例如，他们可以从铀中产生钚原子。事实上，从理论上讲，它们可以改变宇宙中的任何元素。

原则上，中子嬗变可以产生贵金属--这是中世纪炼金术士的天方夜谭。但这样做的成本将是令人望而却步的。然而，今天，一个不同的、更具诱惑力的目标正在召唤：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。在这样做的时候，它会发出一个高能电子或光子。如果这种高能粒子能够被捕获，它可能会转化为热能和可用能量。

1951年，斯特格拉斯只记录了对他明显发现的申请的初步想法。斯特恩格拉斯在他未出版的实验笔记本上写道：“我的发现(可能)会引起极大的兴趣。”“人们会有一个简单得离谱的中子形成过程--它甚至可能被用于原子能的应用。”

无论未来如何，斯特格拉斯都欣喜若狂。第一个晚上的数据收集进行到一半时，他打电话给他的妻子，以及建造他的实验X射线管的康奈尔大学物理学教授莱曼·帕拉特(Lyman Parratt)。回到家后，他还给莫里森打了电话，后者说他怀疑可能涉及到低能中子。因此，在7月剩下的时间里，斯特格拉斯改进了他的实验，并继续收集数据。他改造了试管中的燃气泵系统，重新运行了他在盐矿底部的部分实验，以排除宇宙射线，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的观点。获得诺贝尔奖的电子发现者J.J.汤姆森在1914年也报告了类似的发现。“他观察到铂发出的辐射，”斯特格拉斯在他的笔记本上写道，“……。我现在相信这是中子轰击影响下的贝塔辐射！“。

对斯特恩格拉斯在康奈尔物理系的结果的兴趣夹杂着丑闻。一名教职员工告诉他，他听到谣言说斯特恩格拉斯伪造了他的数据。秋天晚些时候，斯特格拉斯记录了另一次坦率的交流。斯特格拉斯写道：“昨天和-教授的谈话让我感到相当不安。”“他说，‘即使假设我的数据可能会有一些明显的影响，他也不会对此感兴趣。’……。物理学史上有许多“奇怪的实验”，没有人能解释……。我突然意识到，这肯定是一种奇怪的科学态度，“斯特恩格拉斯继续说。

不过，爱因斯坦考虑得更周到。在1951年8月30日的一封信中，爱因斯坦只写了一段简短的话，这两句话就像他在普林斯顿大学战后几年里提出的任何想法一样富有洞察力。“也许会发生多个电子同时将能量传递给一个质子的反应，”爱因斯坦写道(他的重点是)。根据量子理论，这在某种程度上是可以想象的，但不太可能。爱因斯坦向斯特恩格拉斯提出的建议涉及到电子的集合，它们作为一个具有共同属性的实体共同行动。可以把它想象成一群孩子把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，这在很大程度上是一个遥远的理论前景。

爱因斯坦实现了一次典型的辉煌飞跃。但无论是他，还是斯特格拉斯，甚至是任何同时代的人，都没有技术或理论框架来理解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。斯特格拉斯已经有了一个论文题目：二次电子发射，这是一个平淡无奇的话题。正如斯特格拉斯在“大爆炸前”一书中所描述的那样，九年后，当他在西屋研究实验室工作时，他确实重新进行了他的中子创造实验。然而，到那时，爱因斯坦已经去世了。使用西屋电气的实验室设施，斯特格拉斯无法复制他在康奈尔大学的数据(尽管值得一提的是，他在海军兵器实验室的一位同事在1953年就能够复制他的数据)。斯特格拉斯在1997年的书中总结道：“直到今天，在气体放电管的复杂环境中，中子究竟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了。但是，在一个意想不到的趋同中，25年前开始的一条完全独立的研究路线重新唤起了人们对斯特恩格拉斯低能中子的兴趣。1989年，犹他大学的两名化学家在新闻发布会上宣布，他们发明了一种在简单的桌面设备中引发核聚变的方法，引起了全世界的媒体风暴。斯坦利·庞斯(Stanley Pons)和马丁·弗莱施曼(Martin Fleischmann)发现，电流通过浸泡在重水中的特别准备的钯电极产生大量热量，比化学反应预期的要多。“冷聚变”成了头条新闻。

但是物理学家当时的反应和他们今天一样：冷聚变是不可能的。没有任何预期伴随聚变反应的放射性、伽马射线或高能中子。那么，怎样才能解释这些数据呢？随着冷聚变成为一个被唾弃的领域，一些人将其与低能中子联系起来。1989年5月，就在庞斯和弗莱施曼发表他们的数据一个月后，一位名叫拉里·A·赫尔(Larry A.Hull)的人给“化学与工程新闻”(Chemical&；Engineering News)的编辑写了一封信，推测他们可能观测到的不是聚变，而是嬗变，这种现象是由斯特恩格拉斯声称观察到的低能中子带来的。

十多年来，这种解释一直停留在冷聚变研究界的边缘(它本身就处于更广泛的科学界的边缘)。直到2006年，随着一篇里程碑式的论文发表在欧洲物理杂志C上，中子诱导的嬗变，作为与冷聚变截然不同的东西，才开始成为一种可行的理论。这篇论文预测，在特定频率的振荡电磁场的驱动下，涂有氢、氘或氚原子的金属表面上的电子可以共同行为(正如爱因斯坦所预测的那样)。这种集体行为可以给它们足够的能量来与氢、氘或氚结合来产生中子。

论文接着说，由此产生的中子移动非常缓慢-事实上，在它们甚至可以离开出生地附近的微观区域之前，就已经被附近的原子吞噬了。然后，原子变得不稳定，可能会喷出放射性衰变的副产品，如伽马射线或高能电子。同一作者的另一篇论文计算出，电极的微观表面，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者。所以放射性衰变可以转化成无毒的热浴。当然，热能可以很容易地转化为电能。

上面的图片不涉及聚变，聚变需要在所谓的将中子和质子聚集在一起的“强力”的规模上的炽热能量。取而代之的是，它需要核弱力的较低能量，核弱力是质子俘获电子的中介。

论文的作者-东北大学物理学教授Allan Widom和芝加哥的Energy in

Widom-Larsen的论文强调了低能核反应研究的一次小小的复兴(“冷聚变”一词已被摒弃)。2012年3月，运行着世界上最强大的粒子对撞机的欧洲核研究组织(CERN)举行了自1989年以来与Pons-Fleischmann数据有关的第一次座谈会。2012年11月，美国核学会在圣地亚哥的冬季会议上举行了一次关于低能核反应的分组会议。美国宇航局位于弗吉尼亚州汉普顿的兰利研究中心设计了一系列实验来测试维多姆-拉森理论。

研究人员明确表示，越来越多的实验数据与这一理论相一致。意大利核物理研究所的研究员弗朗西斯科·塞拉尼(Francesco Celani)向他的CERN观众描述了继庞斯(Pons)和弗莱施曼(Fleischmann)之后的20个实验，这些实验也产生了莫名其妙的热量-尽管它们只是零星可重复的。意大利佩鲁贾大学物理学教授尤根德拉·斯里瓦斯塔瓦(Yogendra Sriastava)在同一场座谈会上解释说，已经发表了数百篇关于细电线的论文，这些细电线在电流过载时，

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