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王孟源:中国要崛起,基础科研需要“讲实话”
最后更新: 2021-01-18 08:23:52你说他们这是在代表基础科研,还是在危害基础科研?我认为是在危害基础科研。因为你金钱投入进去,就有100万个其他的基础科研没办法拿到钱,你人力投进去,就有1000个其他的基础科研没有博士没有人才来做研发。
所以我认为假大空里面这个“大”,最大的一个问题就是它让国家做出错误的投资决定。这种夸大其词,解决的方案就是必须要诚实地检讨个别科研计划对国家需求的重要性和时限性。也就是国家需求的体现,第一个关卡是50年,50年之内能不能做出实际贡献?对撞机是1千年、1万年都没有用的,这个我刚刚解释过了。
下一个,我也在我的博客上写了三四篇文章讨论过的,是可控核聚变。我不晓得你有没有兴趣,核聚变这件事情比对撞机好一点:它同样是一整个行业、也就是做等离子体那行的人都想要拿这个钱;不过它的物理理论至少是真的、实在的,这一点比大对撞机要强很多。
但是它的应用前途跟对撞机一样:永远都不会有用。我这样讲出来很多很多,不是物理专业的读者不相信,可是事实上道理很简单,推广这些可控核聚变的人所说的好处,讲来讲去就是三件事:无限、清洁、廉价的能源。
每一个都是谎言。很简单,你只要追根究底问他们到底哪里是无限、到底哪里是清洁、到底哪里是廉价,每一句都很简单就可以决定是谎言。
核裂变所用的燃料是铀,它是有点化学毒性的,也有一点放射性的。它的年产量是6万吨,所以算是有限的。但是核聚变的燃料是什么?它是一半Deuterium一半Tritium。 Deuterium就是氘,氢的同位素。 Tritium也是氢的同位素,应该叫做氚,我想。 氘的确是无限的,海水中不知道有多少亿吨,然后分离也不是特别的贵。分离出来大概跟铀矿的价钱差不多,所以的确是无限的,然后说廉价也勉勉强强。
但氚是一个半衰期很短的放射性同位素。它的半衰期很短,代表它很快就衰变,衰变的时候会放出β辐射,所以它的放射毒性非常的高,氚是一个很严重的放射性污染源。还好因为它的半衰期很短,所以地球形成的时候所包含的氚早就衰退衰变光了。
全世界估计整个地球的氚含量大概不到100公斤,主要来自宇宙线撞击大气层外缘的氢原子。这不是已经提纯的矿产,而是所有的地球大气层中这样散布的氚一共也不到100公斤。放在仓库里面的,已经被人为地收集起来的,即使它早已是极为重要的军事战略物资,也不到20公斤,这样子的东西怎么能够叫做无限?世界上大概只有两三种其他的同位素是比氚还要稀缺的,你怎么能够叫做无限?
生产氚不但非常的昂贵,而且非常的危险。人类在三里岛之前,最严重的核事故发生在1957年的英国一个叫温斯凯尔(Windscale)的发电站。其实它不是真正的发电站,是专门用来生产氚的反应炉。原因是当时的英国急着要部署氢弹,做氢弹也需要氚,所以他们就专门做了一个反应炉来生产氚,然后泄漏了,起火燃烧泄漏了。
泄漏以后有多糟糕?是国际原子能协会规定的第5级。第5级就是跟三里岛并列。人类史上只有福岛是第6级,然后切尔诺贝利是更高一点,这是第一名,第二名福岛, 温斯凯尔和三里岛并列第三名。像这样子的东西,你怎么能说它是清洁?你怎么能说它是廉价?
而且氚因为是氢的同位素,而氢原子直径很小,反应炉的热机又必定是高温,它很容易就渗透到任何容器跟管道材料的晶格里面,所以很容易泄漏。英国科学家在去年刚刚做出一个实验,发现即使在实验室条件之下,不管你再怎么小心,用最贵的材料来做管道, 氚在被集中回收之前就会损失超过10%。这10%跑到哪里去了,跑到管道壁里面去了,然后从管道壁又可以泄露到外面,就是大气。
一个高放射性的东西,用铅用钢都挡不住,这不是比铀还要更糟糕很多?
2016年开始,美国的能源部开始投资第4代核电厂,其中一个投资方向是所谓的熔盐堆,这个我也写了博文来解释过。
去年我去看了他们这些4年前拿到钱开始加速研究的熔盐堆研究,这些美国团队的进度报告说他们设计的一个重点,就是要尽量减低氚的产量,就是不小心产生了一点点氚,他们都认为是很大的问题。为什么?因为氚会混到冷却剂里面,然后从冷却剂在第一个热回路渗透到管道里面,然后从管道渗透到第二回路的的水里面,从第二管道的水再渗透到第三回路,这个东西是要去推动蒸汽轮机的,从蒸汽轮机那边用过之后,就要排热排到大气,或者是当废水排除到河水里面,氚都会跑到那边去。
一个高放射性元素,用钢管什么都挡不住的,这东西危险得不得了,结果他们这些搞核聚变的人,一句话都不提,居然还说他们做的是无限、廉价、清洁的能源。
其实刚好相反,核聚变所需的燃料是人类所知最稀缺的同位素之一,非常的危险,放射性极强,价格极为昂贵,比黄金贵了几亿倍。而且这些是物理性质,是没有工程上的解决方案的。
除了氚燃料的问题之外,还有快中子的问题。快中子会引起所谓的嬗变(Nuclear Transmutation):你这些快中子打到了任何一个我们常用的原子核,不管是铝、还是合金钢,它们打进去以后,那些原子核会变成其他的原子核,变成有放射性的同位素;氚就是这样产生的,就是当快中子打到锂(Lithium)的时候,会产生氚。人类的机器总还是要用原子来做的,这些快中子打到上面,而且聚变堆的快中子比裂变堆的快中子多几百倍,每个中子的能量高7倍,等于是高1000倍以上的总能量,打到这些发电站的器材上面,事实上无法解决。
从宏观来看,核聚变在50年之内绝对不可能有应用,应该跟着其他所有纯粹没有应用的基础科研一起排队,不能够因为你的政治能量大,整个行业几千个人联合起来,就插队抢到别人前面去了。
很多数学、或者生物、或者化学,或者其他的物理项目,他们只需要十万、百万、千万就可以做出很好的基础研究;这些要花几十亿、几百亿、几千亿的,所产生的论文并没有比人家好几千倍、几百倍,怎么能够要求几千倍、几万倍的资金呢?所以我认为这是相关科学夸大其词很不好的影响。
下一个例子,稍好一点,量子计算跟AI。我把量子计算跟AI放在一起,因为刚好谷歌两个都做,而且都在去年跟今年做了很多夸大的宣传。
量子计算这个东西,我去年写了一篇论文详细地解释了,它其实有一个很明确的应用,要破解目前常见的密码。
我们现在的互联网,是社会和经济很重要的一个基本结构要素,我们在互联网上所做的任何通讯,靠的都是加密解密。量子计算原则上可以破解里面很多重要的加密方法,包括像比特币这种东西,如果量子计算真的做出来了,那么一夕之间这些密码就被推翻。
但问题是谷歌去年出来吹嘘了一阵子,他们有53个位的量子计算器,事实上距离能够破解这些目前常用的互联网密码,还有8个数量级。 8个数量级是什么意思?你记得摩尔定律,他是每两年密度加倍。基本上是每一个世代,性能提升1.5倍。
8个数量级的话,是大概三四十个世代。在可以实用之前的三四十个世代之前,有没有必要抢占第一名?其实是没有必要的,因为从一个世代到一个世代都是超赶的机会。即使是像芯片这样子,每一个世代都有很大的经济效益。它们的应用不是像量子计算到了8个数量级之后才有经济效益,而是从1970年代开始做芯片,马上就有经济效益,而且经济效益越来越大,再用商业回馈来反过来投资下一个世代的技术,就是这样子还花了四十几年。
量子计算能不能顺利地没有利润、纯靠投资搞四十几年,然后做到8个数量级的进步呢?这是一个很大的问题。所以这个时候基本上应该也当做一个没有太大应用价值的基础科研,但是比核聚变好一点,因为它在50年内的应用可能性还是存在一点点的,而且它有战略价值,所以可以归类为“10年以上”,可以留在第一梯队的尾巴,但是绝对没有理由说大幅投资要求超赶所有的竞争对手。
AI刚好相反,相反在什么地方?2020年1月,谷歌AI宣布,它能够准确的诊断乳癌。到了11月,宣布能够准确的预测蛋白质折叠。蛋白质折叠是目前生物学界基础科研最大的、第一级的问题之一,一旦解决了,在制药还有基因研究上面都立刻会有颠覆性的影响。
这就是为什么我常常在博客上好像偏袒生物的理由:因为生物跟物理不一样,生物基础科研的应用期限仍然是只有10年左右,即使是最基础的科研,都是10年之内都可能有应用的。
20年前他们才刚刚对人类基因做全解码,那是一个完全纯粹的基础科研,但是很快地在10年左右就有了一些应用。 2012年我们有CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats——观察者网注)、基因剪接的技术,现在也是有越来越多的应用出来。这些都是生物界的基础研究,它的应用周期其实就是10年左右,所以它是很值得投资的。同样是基础科研,生物跟物理就很不一样。
谷歌AI能够准确的预测蛋白质折迭,这就是我刚才提过,一个基础科研的项目中的一个应用模块,而且这个应用模块本身可以被独立的检讨,看看他是不是说了实话,所以他的夸大其词我觉得完全不是问题:因为你一年之内就会被检验出是不是真的有效,如果有效,10年之内就有颠覆全世界人类社会的影响,所以是非常值得重视的。
结果你看美国学术界对谷歌的量子计算论文没有任何批判,反而是对谷歌AI上个月的宣布,学术界就联名写到学术期刊上面去批评、说它不够严谨,实际原因是什么呢?
原因是这些行内人在乎的只是他们自己的经费。
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- 责任编辑: 王一鸣
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