#如何理解平行宇宙#
交替现实、平行次元、多重宇宙，虽然叫法不一样，但都表达了同一个意思：我们以截然不同的方式生活在其他宇宙中。近些年来，这种看似疯狂的想法已经从白日做梦逐渐转变为真正的科学，多重宇宙甚至成为了物理学领域的主流观点。荒唐臆想还是科学事实？
物理学家眼中的“平行宇宙”-领研网理论上讲，除了我们所在的宇宙外，还可能存在无数个宇宙，就像沸水中的一连串泡泡那样。每个泡泡都拥有自己的一套物理规律。虽然我们从未见过其他泡泡，但部分物理学家表示，越来越多的证据表明“多重宇宙”是合理的，甚至很可能存在。
塔夫茨大学物理学家 Alex Vilenkin 说道：“若是在15年前谈起多重宇宙，大部分物理学家会觉得荒唐可笑。但现在，他们的态度发生了巨大的转变。”尽管如此，多重宇宙的概念仍然充满争议——还是有很多科学家对此持怀疑态度，甚至有人明确反对。
但像 Vilenkin 这样的支持者认为，有充分的理由表明多重宇宙需要被认真对待。事实上，科学家几十年来一直在思考多重宇宙的各种存在形式。例如，物理学家 Hugh Everett 曾在1957年提出一种新方法，用以解释量子物理中的诡异悖论，比如粒子怎样才能同时处于两个态？
在宏观情况下，薛定谔的猫如何能够既生又死？Everett 认为，当你打开黑盒时，两种不同的现实开始分岔，猫在其中一个现实中活着，而在另一个现实中死了。物理学家将这种理论称为量子力学的多世界解释。这些多世界就是平行（多重）宇宙，它们共存于某个抽象数学空间中的不同区域，彼此之间永远隔绝。
今天，虽然只有少数人赞同 Everett 的观点，可量子物理学家仍在为此争论。而在20世纪80年代初，物理学家意识到还有可能存在另一种多重宇宙，这些多重宇宙和我们的宇宙处在同样的时空中，只是距离我们非常遥远。这个惊人的想法（即所谓的泡泡宇宙）源自宇宙学的新图像。
麻省理工的物理学家 Alan Guth 于1980年（当时 Guth 在康奈尔大学做博士后）提出，宇宙在大爆炸后进入一个短暂的迅速膨胀阶段（10-36~10-32秒），而后恢复正常，但膨胀速度慢了许多。“暴胀”由某种排斥力驱动，它能够解释为什么我们的宇宙光滑、平坦——当时的宇宙学家为此困扰不已。
对话暴胀模型先驱阿兰·古斯：无限宇宙的无限可能-领研网www.linkresearcher.com“基于谨慎的假设，我们将得到一个激进的结果。”今天，绝大多数宇宙学家接受了暴胀，还提出许多模型来解释暴胀如何发生。而越来越精确的宇宙学观测也验证了暴胀理论的预言。举例来说，过去的几十年中，WMAP、Planck 卫星对 CMB（宇宙微波背景）进行了精确的观测，结果和暴胀理论的预言符合得相当好。
宇宙学家还通过 CMB 数据获得了宇宙的物质密度，该数值与理论预言相差不到千分之五。“这些证据很有说服力，”爱丁堡大学物理学家 Andrew Liddle 说道，“大部分人都认为暴胀理论相当令人满意，几乎没有希望被推翻。”而在暴胀理论提出之初，Guth 等人很快发现方程指向一个令人惊讶的结果：暴胀是永恒的，只有在某些泡泡中才会停止。
“泡泡以外的空间一直在发生暴胀，更多泡泡将在其中形成，”Vilenkin 解释道，“暴胀空间膨胀得太快，没有什么能够到达它的边界，因此我们可以认为，这些泡泡宇宙彼此独立。”根据这一图像，我们的宇宙不过是无数泡泡中的一个。在1983年，Vilenkin 发现最普通的暴胀模型就预言了多重宇宙。刨除多重宇宙的模型很生硬，也不现实。
“基于最简单的假设，我们将得到永恒暴胀和多重宇宙，”加州大学戴维斯分校的物理学家 Andreas Albrecht 说道，“（对于暴胀模型的）谨慎会推出（多重宇宙）这一激进结果。”对多重宇宙最有力的支持与暗能量有关。天文学家在1998年发现，宇宙正在越来越快地膨胀。他们后来将这种加速膨胀归因于暗能量，而膨胀速度则取决于宇宙学常数。
但让物理学家感到困惑的是，基于对自然界基本力与粒子的理解，理论预言的宇宙学常数数值比实验测量值大了将近10122倍。为什么测量值这么小？大家并不知道确切的答案，不过多重宇宙倒是能提供一种解释。在20世纪80年代，诺贝尔物理学奖得主 Steven Weinberg 曾对宇宙学常数进行研究。
他提出，对于多重宇宙，宇宙学常数的数值在不同的泡泡中可以不一样。只有一小部分数值合适的宇宙才有希望孕育出生命。所以在我们的宇宙中，宇宙学常数这么小的原因就在于，只有这样星系才能形成、生命方可演化。数值稍大些则会导致宇宙在原子结合之前就已分崩离析。
我们何其幸运！类似的“人择原理”也能用于解释自然界的其他基本常数，比如中子质量。如果数值有一丁点儿的偏差，生命将不复存在，更不会有人测得偏差了多少。在物理学家找到更合适的理由之前，这至少算是一种解释，聊胜于无。
事实证明，Weinberg 的分析极有先见之明。天文学家测得的（1998年）宇宙学常数与 Weinberg 预测的（1987年）相差不大。从那时起，物理学家进一步完善了 Weinberg 的设想，得到的计算值与观测值更为接近：虽然并非完全吻合，但的确是至今为止符合得最好的。
同时，万有理论的最佳候选——弦论，提供了支持多重宇宙的理论框架。弦论中存在小到我们无法感知的额外维，这些维度以无数种方式卷起来，每种卷曲方式对应一个泡泡宇宙。但弦论的致命缺点在于缺乏观测证据。与暗能量相悖，弦论陷入危机？但研究人员还抱有希望。比如说，如果我们宇宙的“友邻”偶然间撞上我们，就会在 CMB 上留下蛛丝马迹。天文学家已经开始努力寻找，但还没有任何结果。
此外，在2015年末，Vilenkin 及其同事提出了另一种方法：利用黑洞来确定多重宇宙是否存在。一旦暴胀停止，泡泡宇宙将坍缩成黑洞。暴胀的时间越长，形成的黑洞质量越大，其内部甚至可以包含另一个正在暴胀的宇宙。因此，暴胀会在多重宇宙中留下一连串质量不同的黑洞。【那我们呢？在别的宇宙看来，我们自己的宇宙可能也是一个黑洞。】原则上，通过测量黑洞碰撞在时空中产生的涟漪——
比如 LIGO 在2016年发现的引力波信号——天文学家可以得到黑洞质量的统计分布，分析他们是否由暴胀产生，并以此作为检验多重宇宙的间接证据。（关于这项工作的更多介绍请戳这里）当然，这项工作只是种初步探索，对多重宇宙的支持与否无疑取决于将来的实验观测。
支持者所能期待的最好结果是存在某种间接证据：更好的模型或是暴胀理论的确证。“没有哪个科学理论被真正证明过。大家接受的只是可以解释自然界某些现象的最好的已知理论。”然而，多重宇宙的存在仍缺乏直接证据，也许根本无法被检验，这给反对者留下了把柄。最激烈的批评者是普林斯顿大学的 Paul Steinhardt。他和 Albrecht, Guth，以及斯坦福大学的 Andrei Linde 同为暴胀理论的创始人。
但当他意识到暴胀永不停止，还会孕育无数泡泡宇宙时，他认为理论存在问题：多重宇宙并非暴胀的特征，而是缺陷。在他看来，这就好比有人告诉你一个理论，它能解释天空为什么是蓝的。初看非常可信，但是仔细推敲后发现，它不仅仅产生蓝色的天空，还有紫色的天空，五彩斑斓的天空……
多重宇宙无法解释任何事情——任何事情都有可能发生。科学的特点就是能够对理论进行检验。而如果一个理论能够预言一切，那这样的理论就无法得到检验，或是证伪，因此也不是个有效的科学理论。Steinhardt 认为，多重宇宙只是平添混乱。支持者则认为这种观点太过狭隘。Guth 说道，“没有哪个科学理论被真正证明过。大家接受的只是可以解释自然界某些现象的最好的已知理论。”
可证伪性也许是个哲学问题。但想要在多重宇宙中研究物理同样存在现实问题，最核心的困难在于，物理研究依赖于计算某种现象的发生概率——比如说粒子衰变的可能性。但当你考虑的可能性有无数种时，计算概率就毫无意义，也就无从研究相应的物理图像。
Guth 表示，“概率的定义是我所知道的最让人受挫的问题之一。”试图解决概率“困境”（也就是度量问题）的成果有限。几年前，Albrecht 基于理论物理学家 Don Page 的工作提出，在考虑多重宇宙时，物理学家通常采用的概率工具将失效。
不过他表示，小心地定义概率也许能够解决度量问题。这增加了他对多重宇宙的信心（虽然仍持怀疑态度）——他认为有10%的可能性。（Guth 则认为有过半的可能性。）而 Steinhardt 认为，试图解决度量问题是对错误的想法进行特殊的修正。多重宇宙的问题过于严重，宇宙学家甚至应该将暴胀也一同放弃。“
反弹”模型是一种可能的替代理论。在这类模型中，宇宙并非始于大爆炸，而是一直存在着。只不过“大爆炸”之前，宇宙在收缩，直到触底反弹，开始膨胀。有些模型中，宇宙甚至经历了无数次“膨胀-收缩”的循环。这些理论不需要暴胀，因此也没有多重宇宙。只有一小部分物理学家正在研究反弹宇宙学。
事实上，这种理论并不像暴胀那样成功，但 Steinhardt 等人仍在继续探索并拥护它。研究符合“伪科学”定义的弦论和多重宇宙，是否伤害了科学此外，还有一些物理学家在尝试保留暴胀，但没有多重宇宙的宇宙论。这也许是可能的，但这么做需要引入新物理。
Albrecht 发现如果想要让这种理论说得通，我们需要对基本的物理定律做出某些极端的假设。这种方法相当激进。当然，暴胀导致多重宇宙的想法也很激进。Albrecht 表示，这一想法的根基还不够稳固，但这无伤大雅——物理学前沿研究本就如此。行路难！行路难！多歧路，今安在？对于多重宇宙，这恐怕是物理学家所能达成的唯一共识。
交替现实、平行次元、多重宇宙，虽然叫法不一样，但都表达了同一个意思：我们以截然不同的方式生活在其他宇宙中。近些年来，这种看似疯狂的想法已经从白日做梦逐渐转变为真正的科学，多重宇宙甚至成为了物理学领域的主流观点。荒唐臆想还是科学事实？
物理学家眼中的“平行宇宙”-领研网理论上讲，除了我们所在的宇宙外，还可能存在无数个宇宙，就像沸水中的一连串泡泡那样。每个泡泡都拥有自己的一套物理规律。虽然我们从未见过其他泡泡，但部分物理学家表示，越来越多的证据表明“多重宇宙”是合理的，甚至很可能存在。
塔夫茨大学物理学家 Alex Vilenkin 说道：“若是在15年前谈起多重宇宙，大部分物理学家会觉得荒唐可笑。但现在，他们的态度发生了巨大的转变。”尽管如此，多重宇宙的概念仍然充满争议——还是有很多科学家对此持怀疑态度，甚至有人明确反对。
但像 Vilenkin 这样的支持者认为，有充分的理由表明多重宇宙需要被认真对待。事实上，科学家几十年来一直在思考多重宇宙的各种存在形式。例如，物理学家 Hugh Everett 曾在1957年提出一种新方法，用以解释量子物理中的诡异悖论，比如粒子怎样才能同时处于两个态？
在宏观情况下，薛定谔的猫如何能够既生又死？Everett 认为，当你打开黑盒时，两种不同的现实开始分岔，猫在其中一个现实中活着，而在另一个现实中死了。物理学家将这种理论称为量子力学的多世界解释。这些多世界就是平行（多重）宇宙，它们共存于某个抽象数学空间中的不同区域，彼此之间永远隔绝。
今天，虽然只有少数人赞同 Everett 的观点，可量子物理学家仍在为此争论。而在20世纪80年代初，物理学家意识到还有可能存在另一种多重宇宙，这些多重宇宙和我们的宇宙处在同样的时空中，只是距离我们非常遥远。这个惊人的想法（即所谓的泡泡宇宙）源自宇宙学的新图像。
麻省理工的物理学家 Alan Guth 于1980年（当时 Guth 在康奈尔大学做博士后）提出，宇宙在大爆炸后进入一个短暂的迅速膨胀阶段（10-36~10-32秒），而后恢复正常，但膨胀速度慢了许多。“暴胀”由某种排斥力驱动，它能够解释为什么我们的宇宙光滑、平坦——当时的宇宙学家为此困扰不已。
对话暴胀模型先驱阿兰·古斯：无限宇宙的无限可能-领研网www.linkresearcher.com“基于谨慎的假设，我们将得到一个激进的结果。”今天，绝大多数宇宙学家接受了暴胀，还提出许多模型来解释暴胀如何发生。而越来越精确的宇宙学观测也验证了暴胀理论的预言。举例来说，过去的几十年中，WMAP、Planck 卫星对 CMB（宇宙微波背景）进行了精确的观测，结果和暴胀理论的预言符合得相当好。
宇宙学家还通过 CMB 数据获得了宇宙的物质密度，该数值与理论预言相差不到千分之五。“这些证据很有说服力，”爱丁堡大学物理学家 Andrew Liddle 说道，“大部分人都认为暴胀理论相当令人满意，几乎没有希望被推翻。”而在暴胀理论提出之初，Guth 等人很快发现方程指向一个令人惊讶的结果：暴胀是永恒的，只有在某些泡泡中才会停止。
“泡泡以外的空间一直在发生暴胀，更多泡泡将在其中形成，”Vilenkin 解释道，“暴胀空间膨胀得太快，没有什么能够到达它的边界，因此我们可以认为，这些泡泡宇宙彼此独立。”根据这一图像，我们的宇宙不过是无数泡泡中的一个。在1983年，Vilenkin 发现最普通的暴胀模型就预言了多重宇宙。刨除多重宇宙的模型很生硬，也不现实。
“基于最简单的假设，我们将得到永恒暴胀和多重宇宙，”加州大学戴维斯分校的物理学家 Andreas Albrecht 说道，“（对于暴胀模型的）谨慎会推出（多重宇宙）这一激进结果。”对多重宇宙最有力的支持与暗能量有关。天文学家在1998年发现，宇宙正在越来越快地膨胀。他们后来将这种加速膨胀归因于暗能量，而膨胀速度则取决于宇宙学常数。
但让物理学家感到困惑的是，基于对自然界基本力与粒子的理解，理论预言的宇宙学常数数值比实验测量值大了将近10122倍。为什么测量值这么小？大家并不知道确切的答案，不过多重宇宙倒是能提供一种解释。在20世纪80年代，诺贝尔物理学奖得主 Steven Weinberg 曾对宇宙学常数进行研究。
他提出，对于多重宇宙，宇宙学常数的数值在不同的泡泡中可以不一样。只有一小部分数值合适的宇宙才有希望孕育出生命。所以在我们的宇宙中，宇宙学常数这么小的原因就在于，只有这样星系才能形成、生命方可演化。数值稍大些则会导致宇宙在原子结合之前就已分崩离析。
我们何其幸运！类似的“人择原理”也能用于解释自然界的其他基本常数，比如中子质量。如果数值有一丁点儿的偏差，生命将不复存在，更不会有人测得偏差了多少。在物理学家找到更合适的理由之前，这至少算是一种解释，聊胜于无。
事实证明，Weinberg 的分析极有先见之明。天文学家测得的（1998年）宇宙学常数与 Weinberg 预测的（1987年）相差不大。从那时起，物理学家进一步完善了 Weinberg 的设想，得到的计算值与观测值更为接近：虽然并非完全吻合，但的确是至今为止符合得最好的。
同时，万有理论的最佳候选——弦论，提供了支持多重宇宙的理论框架。弦论中存在小到我们无法感知的额外维，这些维度以无数种方式卷起来，每种卷曲方式对应一个泡泡宇宙。但弦论的致命缺点在于缺乏观测证据。与暗能量相悖，弦论陷入危机？但研究人员还抱有希望。比如说，如果我们宇宙的“友邻”偶然间撞上我们，就会在 CMB 上留下蛛丝马迹。天文学家已经开始努力寻找，但还没有任何结果。
此外，在2015年末，Vilenkin 及其同事提出了另一种方法：利用黑洞来确定多重宇宙是否存在。一旦暴胀停止，泡泡宇宙将坍缩成黑洞。暴胀的时间越长，形成的黑洞质量越大，其内部甚至可以包含另一个正在暴胀的宇宙。因此，暴胀会在多重宇宙中留下一连串质量不同的黑洞。【那我们呢？在别的宇宙看来，我们自己的宇宙可能也是一个黑洞。】原则上，通过测量黑洞碰撞在时空中产生的涟漪——
比如 LIGO 在2016年发现的引力波信号——天文学家可以得到黑洞质量的统计分布，分析他们是否由暴胀产生，并以此作为检验多重宇宙的间接证据。（关于这项工作的更多介绍请戳这里）当然，这项工作只是种初步探索，对多重宇宙的支持与否无疑取决于将来的实验观测。
支持者所能期待的最好结果是存在某种间接证据：更好的模型或是暴胀理论的确证。“没有哪个科学理论被真正证明过。大家接受的只是可以解释自然界某些现象的最好的已知理论。”然而，多重宇宙的存在仍缺乏直接证据，也许根本无法被检验，这给反对者留下了把柄。最激烈的批评者是普林斯顿大学的 Paul Steinhardt。他和 Albrecht, Guth，以及斯坦福大学的 Andrei Linde 同为暴胀理论的创始人。
但当他意识到暴胀永不停止，还会孕育无数泡泡宇宙时，他认为理论存在问题：多重宇宙并非暴胀的特征，而是缺陷。在他看来，这就好比有人告诉你一个理论，它能解释天空为什么是蓝的。初看非常可信，但是仔细推敲后发现，它不仅仅产生蓝色的天空，还有紫色的天空，五彩斑斓的天空……
多重宇宙无法解释任何事情——任何事情都有可能发生。科学的特点就是能够对理论进行检验。而如果一个理论能够预言一切，那这样的理论就无法得到检验，或是证伪，因此也不是个有效的科学理论。Steinhardt 认为，多重宇宙只是平添混乱。支持者则认为这种观点太过狭隘。Guth 说道，“没有哪个科学理论被真正证明过。大家接受的只是可以解释自然界某些现象的最好的已知理论。”
可证伪性也许是个哲学问题。但想要在多重宇宙中研究物理同样存在现实问题，最核心的困难在于，物理研究依赖于计算某种现象的发生概率——比如说粒子衰变的可能性。但当你考虑的可能性有无数种时，计算概率就毫无意义，也就无从研究相应的物理图像。
Guth 表示，“概率的定义是我所知道的最让人受挫的问题之一。”试图解决概率“困境”（也就是度量问题）的成果有限。几年前，Albrecht 基于理论物理学家 Don Page 的工作提出，在考虑多重宇宙时，物理学家通常采用的概率工具将失效。
不过他表示，小心地定义概率也许能够解决度量问题。这增加了他对多重宇宙的信心（虽然仍持怀疑态度）——他认为有10%的可能性。（Guth 则认为有过半的可能性。）而 Steinhardt 认为，试图解决度量问题是对错误的想法进行特殊的修正。多重宇宙的问题过于严重，宇宙学家甚至应该将暴胀也一同放弃。“
反弹”模型是一种可能的替代理论。在这类模型中，宇宙并非始于大爆炸，而是一直存在着。只不过“大爆炸”之前，宇宙在收缩，直到触底反弹，开始膨胀。有些模型中，宇宙甚至经历了无数次“膨胀-收缩”的循环。这些理论不需要暴胀，因此也没有多重宇宙。只有一小部分物理学家正在研究反弹宇宙学。
事实上，这种理论并不像暴胀那样成功，但 Steinhardt 等人仍在继续探索并拥护它。研究符合“伪科学”定义的弦论和多重宇宙，是否伤害了科学此外，还有一些物理学家在尝试保留暴胀，但没有多重宇宙的宇宙论。这也许是可能的，但这么做需要引入新物理。
Albrecht 发现如果想要让这种理论说得通，我们需要对基本的物理定律做出某些极端的假设。这种方法相当激进。当然，暴胀导致多重宇宙的想法也很激进。Albrecht 表示，这一想法的根基还不够稳固，但这无伤大雅——物理学前沿研究本就如此。行路难！行路难！多歧路，今安在？对于多重宇宙，这恐怕是物理学家所能达成的唯一共识。
【人造太阳：为开发核聚变能源探路】
眼下，合肥科学岛春光无限、生机盎然。小岛的中间地带，矗立着一座外形酷似宇宙飞船的大楼——中国科学院合肥研究院等离子体所；大楼深处，有一个大科学装置——全超导托卡马克核聚变实验装置（中文名为东方超环，简称EAST），俗称“人造太阳”。
这座由我国自主设计、自主建造的核聚变实验装置，多次创造出等离子体运行的世界纪录，代表着我国磁约束聚变研究在高温等离子体运行物理和工程方面的研究水平，为全人类开发利用核聚变清洁能源奠定了重要的技术基础。
“人造太阳”长什么样？何时能造福人类？前不久，记者进行了实地探访。
一旦人类掌握了核聚变能，将拥有可使用上百亿年的清洁能源
尽管提前做了一些功课，当真正来到“人造太阳”面前，这个庞然大物依然让人震撼。装置主体高11米、直径8米、重达400吨，周围供电、冷却等辅助设备林立。其核心结构是一个像面包圈的环形磁容器“托卡马克”。
探访当天，“人造太阳”并未进行实验。大约十几名科研人员手持检测工具，在装置主体上下攀爬，进行设备维护和更新。装置零件数量巨大，材料和工艺完全依靠自主研发。从2006年建成至今，装置每年都会进行保养和零部件更新换代，确保实验的顺利进行。
俗话说万物生长靠太阳。在太阳内部无时无刻不在发生着核聚变，为大自然带来最普遍的能量来源。所谓“人造太阳”，是指充分利用这个科学原理，在地球上建造一套核聚变装置，像太阳一样发生核聚变反应，从而源源不断地产生能量。严格意义上讲，“人造太阳”的称谓并非专属于东方超环，凡是应用了类似原理的装置，都能这么称呼。
“人造太阳”重要性体现在哪里？
这要从核聚变能的优点说起。相比核裂变，核聚变没有放射性。氘和氚反应的生成物是氦气，对环境无害，一旦造成反应的等离子体熄灭，聚变反应会终止。核聚变的原料储量也很丰富，氘可以直接在海水中提取，氚则可以通过中子和锂反应产生。据估算，一升海水中提炼出来的氘经过核聚变反应释放出的能量相当于300升汽油完全燃烧释放的能量。核聚变能凭借资源无限、清洁环保，不产生高放射性核废料等优点，是目前认识到的、可以最终解决全球能源问题的重要途径之一。一旦人类掌握了核聚变能，将拥有可使用上百亿年的清洁能源。
东方超环这座大科学装置对实现核聚变能有什么贡献？
中科院合肥研究院副院长、等离子体所所长宋云涛介绍，这座大科学装置的科学目标，正是从前期基础研究出发，对受控核聚变相关的前沿物理问题展开探索性实验研究，既着眼物理理论突破，同时验证工程上的可行性，为将来打造真正的商业聚变堆、电站打下基础。
太阳发生核聚变，主要依靠星球引力约束等离子体。可地球上没有那么大引力，要想让能量不失控，就需要借助磁场来约束。受控热核聚变的实现离不开超高温、超低温、超强磁场、超大电流、超高真空的极限环境，科学家们用磁场做成“托卡马克”这座“磁笼”，牢牢将高温物质控制住，磁场外面用真空隔绝，保护装置材料不被烧毁。
尽管主流可控核聚变方式不止有磁约束这一种，还有惯性约束、引力约束等，但磁约束在实验室条件下接近成功，也是国际上主流的研究方向。因此，托卡马克核聚变实验装置被公认为是探索、解决未来稳态聚变反应堆工程及物理问题的最有效的途径，是地球寻找聚变能源出路的希望。
在东方超环这座大科学装置的牵引下，衍生出一系列创新成果
从5000万摄氏度放电30秒至60秒，再到百秒，再到1亿摄氏度运行20秒……东方超环不断刷新着放电纪录。如果能较长时间维持1亿摄氏度的高温，实现接近1000秒的放电时间，将证明人类距离解决核聚变商业化应用的步伐更进一步。
每一秒的增长，在科学上都具有极高的难度，背后是科研人员夜以继日的钻研和呕心沥血的付出。
实现受控热核聚变和稳态约束等离子体，是国际共性科学难题。根据物理学理论“劳森判据”，核聚变点火条件包括核聚变燃料的温度、密度和约束时间这三个要素。据等离子体所博士鄢容介绍，想实现聚变反应，首先要达到1亿摄氏度以上，使聚变燃料完全电离，并在保证等离子体密度的前提下，将高温等离子体维持相对足够长的时间，不泄露不逃逸，才可能释放出足够多的能量。托卡马克的高温物质，就像是一群正在嬉戏打闹的淘气孩子，很难控制。温度、密度、时间这三个要素缺一不可，相互协调到最佳状态，才能实现稳态约束。
除了科学实验难度高，作为集成系统，这个装置对工程配合要求也极高。据了解，整个大科学装置总共有48个窗口，零件数量相当于5架波音777飞机的零件总和。短短的数十秒运行中，任何一个零件失灵，任何一滴不该出现的水珠，任何一个停滞的环节，都会导致实验风险。科研人员不舍昼夜地实验、调试，就是希望能更精确掌握等离子体的基本特性，研究改进磁笼子的形态和性质，在看似杂乱无章的现象中发掘科学规律，提出长时间等离子体稳定约束的最佳运行方案。
大科学装置集高精尖技术于一身，其承载的意义早已不止追求科学目标本身。在东方超环这座大科学装置的牵引下，衍生出了一系列重要的创新成果，形成了超导技术、低温技术、等离子体技术、生物技术、材料技术、机器人技术等多个产业技术板块，推动一大批高新技术成果实现转移转化，实现了“一路摘瓜”“沿途下蛋”。
比如，质子和重离子放疗是目前国际公认最尖端的放射治疗技术，一直被发达国家所垄断。等离子体所利用大科学装置的超导技术，积极研制国内首套具有自主知识产权的医用超导质子癌症治疗系统，将大幅降低患者治疗费用。
此外，等离子体还能治疗皮肤病，有广谱抗菌、加速凝血、促进细胞增殖、无耐药性及副作用等优点；等离子体所将大科学装置离子束技术引入生物学科，致力于微生物新菌种的创制、发酵调控、产物分离分析及终端产品的研究和产业转化。
据介绍，我国的核聚变研究与国际基本同步，甚至在聚变某些技术领域确立了领跑地位，在超导、稳态控制、加热等方面巩固了中国特色。有国外期刊称赞“中国创造了聚变历史”“在这里科学价值得到极大体现”。
以东方超环项目为依托，科研人员参与了目前全球规模最大的国际科研合作项目
在国际科技合作方面，东方超环作为国际磁约束聚变装置中最前沿的国际开放平台之一，积极开展国际联合实验，促进了全面开放共享。
更重要的是，以这个项目为依托，我国科研人员参与了目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目ITER（国际热核聚变实验堆计划）。该计划的目标是在和平利用聚变能的基础上，探索聚变在科学和工程上的可行性。包含中国在内的多个国家参与了这个国家大科学项目，举多国合力向受控聚变实验堆迈进。
“东方超环很像ITER的缩小版，运行模式也都是采用了长脉冲高约束。我国科研人员在这个装置上摸爬滚打这么多年，每个材料都摸过，每个环节都练过，真正积累了等离子体运行的实际经验，能在科学原理和工程建设上为ITER提供宝贵参考经验。”宋云涛说。
当前，我国承担了ITER10%左右的采购包，其中七成由中科院合肥研究院等离子体所承担。科研人员勇于担当，直接争取到ITER最重要的核心设备“超导磁体”的建造任务。这个任务风险很大，但科研人员不畏艰难，高效高质交付了18个采购包制造内容，涵盖了ITER装置几乎所有关键部件, 由上百家科研院所和企业承担。大电流高温超导直流电缆、脉冲高压变电站首台主变压器……自主研发的各项设备运到欧洲，获得了合作伙伴的高度认可。也正因为他们的出色表现，我国直接拿下了整个装置的总装任务。2020年10月，ITER计划启动主体安装工作，我国科研人员恪守承诺，确保安装进度正常。
参与ITER项目十几年，我国科研团队获得了深度参与国际科研合作项目的机会，积累了建造“人造太阳”的经验，在材料科学、超导技术等领域研发能力得到进步，为中国建造聚变工程实验堆（CFETR）奠定了基础。
“许多研究物理的年轻人通过在ITER的历练，开阔了眼界，锻炼了本领，回国后成为‘挑大梁’的骨干。”宋云涛说，许多与合肥院合作的国内企业，在生产超导材料、打造零部件方面达到水平一流，积累了国际工程管理、国际合作经验；一些企业甚至走出国门，拿到了国际订单。
“作为东方超环的科研团队，我们感到责任重大、使命光荣。近期，我们希望通过努力，向超高温度更长时间的放电努力，产出一批原创性、战略性、集成性创新成果；长期而言，我们盼望着能够实现大科学装置能量输出大于输入，争取在2040年前后建成聚变电站，让千家万户早日用上核聚变能源，实现清洁能源梦想。”宋云涛说。（记者 刘诗瑶）
来源：人民日报
眼下，合肥科学岛春光无限、生机盎然。小岛的中间地带，矗立着一座外形酷似宇宙飞船的大楼——中国科学院合肥研究院等离子体所；大楼深处，有一个大科学装置——全超导托卡马克核聚变实验装置（中文名为东方超环，简称EAST），俗称“人造太阳”。
这座由我国自主设计、自主建造的核聚变实验装置，多次创造出等离子体运行的世界纪录，代表着我国磁约束聚变研究在高温等离子体运行物理和工程方面的研究水平，为全人类开发利用核聚变清洁能源奠定了重要的技术基础。
“人造太阳”长什么样？何时能造福人类？前不久，记者进行了实地探访。
一旦人类掌握了核聚变能，将拥有可使用上百亿年的清洁能源
尽管提前做了一些功课，当真正来到“人造太阳”面前，这个庞然大物依然让人震撼。装置主体高11米、直径8米、重达400吨，周围供电、冷却等辅助设备林立。其核心结构是一个像面包圈的环形磁容器“托卡马克”。
探访当天，“人造太阳”并未进行实验。大约十几名科研人员手持检测工具，在装置主体上下攀爬，进行设备维护和更新。装置零件数量巨大，材料和工艺完全依靠自主研发。从2006年建成至今，装置每年都会进行保养和零部件更新换代，确保实验的顺利进行。
俗话说万物生长靠太阳。在太阳内部无时无刻不在发生着核聚变，为大自然带来最普遍的能量来源。所谓“人造太阳”，是指充分利用这个科学原理，在地球上建造一套核聚变装置，像太阳一样发生核聚变反应，从而源源不断地产生能量。严格意义上讲，“人造太阳”的称谓并非专属于东方超环，凡是应用了类似原理的装置，都能这么称呼。
“人造太阳”重要性体现在哪里？
这要从核聚变能的优点说起。相比核裂变，核聚变没有放射性。氘和氚反应的生成物是氦气，对环境无害，一旦造成反应的等离子体熄灭，聚变反应会终止。核聚变的原料储量也很丰富，氘可以直接在海水中提取，氚则可以通过中子和锂反应产生。据估算，一升海水中提炼出来的氘经过核聚变反应释放出的能量相当于300升汽油完全燃烧释放的能量。核聚变能凭借资源无限、清洁环保，不产生高放射性核废料等优点，是目前认识到的、可以最终解决全球能源问题的重要途径之一。一旦人类掌握了核聚变能，将拥有可使用上百亿年的清洁能源。
东方超环这座大科学装置对实现核聚变能有什么贡献？
中科院合肥研究院副院长、等离子体所所长宋云涛介绍，这座大科学装置的科学目标，正是从前期基础研究出发，对受控核聚变相关的前沿物理问题展开探索性实验研究，既着眼物理理论突破，同时验证工程上的可行性，为将来打造真正的商业聚变堆、电站打下基础。
太阳发生核聚变，主要依靠星球引力约束等离子体。可地球上没有那么大引力，要想让能量不失控，就需要借助磁场来约束。受控热核聚变的实现离不开超高温、超低温、超强磁场、超大电流、超高真空的极限环境，科学家们用磁场做成“托卡马克”这座“磁笼”，牢牢将高温物质控制住，磁场外面用真空隔绝，保护装置材料不被烧毁。
尽管主流可控核聚变方式不止有磁约束这一种，还有惯性约束、引力约束等，但磁约束在实验室条件下接近成功，也是国际上主流的研究方向。因此，托卡马克核聚变实验装置被公认为是探索、解决未来稳态聚变反应堆工程及物理问题的最有效的途径，是地球寻找聚变能源出路的希望。
在东方超环这座大科学装置的牵引下，衍生出一系列创新成果
从5000万摄氏度放电30秒至60秒，再到百秒，再到1亿摄氏度运行20秒……东方超环不断刷新着放电纪录。如果能较长时间维持1亿摄氏度的高温，实现接近1000秒的放电时间，将证明人类距离解决核聚变商业化应用的步伐更进一步。
每一秒的增长，在科学上都具有极高的难度，背后是科研人员夜以继日的钻研和呕心沥血的付出。
实现受控热核聚变和稳态约束等离子体，是国际共性科学难题。根据物理学理论“劳森判据”，核聚变点火条件包括核聚变燃料的温度、密度和约束时间这三个要素。据等离子体所博士鄢容介绍，想实现聚变反应，首先要达到1亿摄氏度以上，使聚变燃料完全电离，并在保证等离子体密度的前提下，将高温等离子体维持相对足够长的时间，不泄露不逃逸，才可能释放出足够多的能量。托卡马克的高温物质，就像是一群正在嬉戏打闹的淘气孩子，很难控制。温度、密度、时间这三个要素缺一不可，相互协调到最佳状态，才能实现稳态约束。
除了科学实验难度高，作为集成系统，这个装置对工程配合要求也极高。据了解，整个大科学装置总共有48个窗口，零件数量相当于5架波音777飞机的零件总和。短短的数十秒运行中，任何一个零件失灵，任何一滴不该出现的水珠，任何一个停滞的环节，都会导致实验风险。科研人员不舍昼夜地实验、调试，就是希望能更精确掌握等离子体的基本特性，研究改进磁笼子的形态和性质，在看似杂乱无章的现象中发掘科学规律，提出长时间等离子体稳定约束的最佳运行方案。
大科学装置集高精尖技术于一身，其承载的意义早已不止追求科学目标本身。在东方超环这座大科学装置的牵引下，衍生出了一系列重要的创新成果，形成了超导技术、低温技术、等离子体技术、生物技术、材料技术、机器人技术等多个产业技术板块，推动一大批高新技术成果实现转移转化，实现了“一路摘瓜”“沿途下蛋”。
比如，质子和重离子放疗是目前国际公认最尖端的放射治疗技术，一直被发达国家所垄断。等离子体所利用大科学装置的超导技术，积极研制国内首套具有自主知识产权的医用超导质子癌症治疗系统，将大幅降低患者治疗费用。
此外，等离子体还能治疗皮肤病，有广谱抗菌、加速凝血、促进细胞增殖、无耐药性及副作用等优点；等离子体所将大科学装置离子束技术引入生物学科，致力于微生物新菌种的创制、发酵调控、产物分离分析及终端产品的研究和产业转化。
据介绍，我国的核聚变研究与国际基本同步，甚至在聚变某些技术领域确立了领跑地位，在超导、稳态控制、加热等方面巩固了中国特色。有国外期刊称赞“中国创造了聚变历史”“在这里科学价值得到极大体现”。
以东方超环项目为依托，科研人员参与了目前全球规模最大的国际科研合作项目
在国际科技合作方面，东方超环作为国际磁约束聚变装置中最前沿的国际开放平台之一，积极开展国际联合实验，促进了全面开放共享。
更重要的是，以这个项目为依托，我国科研人员参与了目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目ITER（国际热核聚变实验堆计划）。该计划的目标是在和平利用聚变能的基础上，探索聚变在科学和工程上的可行性。包含中国在内的多个国家参与了这个国家大科学项目，举多国合力向受控聚变实验堆迈进。
“东方超环很像ITER的缩小版，运行模式也都是采用了长脉冲高约束。我国科研人员在这个装置上摸爬滚打这么多年，每个材料都摸过，每个环节都练过，真正积累了等离子体运行的实际经验，能在科学原理和工程建设上为ITER提供宝贵参考经验。”宋云涛说。
当前，我国承担了ITER10%左右的采购包，其中七成由中科院合肥研究院等离子体所承担。科研人员勇于担当，直接争取到ITER最重要的核心设备“超导磁体”的建造任务。这个任务风险很大，但科研人员不畏艰难，高效高质交付了18个采购包制造内容，涵盖了ITER装置几乎所有关键部件, 由上百家科研院所和企业承担。大电流高温超导直流电缆、脉冲高压变电站首台主变压器……自主研发的各项设备运到欧洲，获得了合作伙伴的高度认可。也正因为他们的出色表现，我国直接拿下了整个装置的总装任务。2020年10月，ITER计划启动主体安装工作，我国科研人员恪守承诺，确保安装进度正常。
参与ITER项目十几年，我国科研团队获得了深度参与国际科研合作项目的机会，积累了建造“人造太阳”的经验，在材料科学、超导技术等领域研发能力得到进步，为中国建造聚变工程实验堆（CFETR）奠定了基础。
“许多研究物理的年轻人通过在ITER的历练，开阔了眼界，锻炼了本领，回国后成为‘挑大梁’的骨干。”宋云涛说，许多与合肥院合作的国内企业，在生产超导材料、打造零部件方面达到水平一流，积累了国际工程管理、国际合作经验；一些企业甚至走出国门，拿到了国际订单。
“作为东方超环的科研团队，我们感到责任重大、使命光荣。近期，我们希望通过努力，向超高温度更长时间的放电努力，产出一批原创性、战略性、集成性创新成果；长期而言，我们盼望着能够实现大科学装置能量输出大于输入，争取在2040年前后建成聚变电站，让千家万户早日用上核聚变能源，实现清洁能源梦想。”宋云涛说。（记者 刘诗瑶）
来源：人民日报
【嫦娥五号成功实施“刹车”制动，顺利进入环月轨道飞行】#嫦娥五号顺利进入环月轨道#记者从国家航天局获悉，北京时间11月28日20时58分，嫦娥五号探测器经过约112小时奔月飞行，在距月面约400公里处成功实施3000牛发动机点火，约17分钟后，发动机正常关机。根据实时遥测数据监视判断，嫦娥五号探测器近月制动正常，顺利进入环月轨道。
根据实时遥测数据监视判断，嫦娥五号探测器近月制动正常，顺利进入环月轨道。近月制动是月球探测器飞行过程中关键的轨道控制之一。高速飞行的探测器在靠近月球时，实施“刹车”制动，目的是使其相对速度低于月球逃逸速度，从而被月球引力捕获。嫦娥五号探测器在地月转移过程中经历了2次轨道修正，达到预期目标。后续，嫦娥五号探测器将调整环月轨道高度和倾角，着陆器和上升器组合体将择机与轨道器和返回器组合体分离，实施月球正面软着陆，按计划开展月面自动采样等工作。（总台央广记者张棉棉、国家航天局段逊，图片：航空知识杂志陈萧）
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