文章来源于“科学大院”微信官方账号

“热一”、“热二”的出现，似乎终结了“永动机”的话题。事实上，人类在追求“永动机”的过程中，已经有了更多的体验和发现；另外，我们对宇宙的认识还很肤浅，还有很多精彩的发现等着我们。

低摩擦？这是好事！

当科学家回头看早期的“永动机”，比如“魔轮”，这些东西虽然不能向外界输出能量，但总能转个身，当然是因为摩擦力小。在实践中，工程师们绞尽脑汁降低能耗。低摩擦？这是一件好事。

将杯子放入液氦II中，杯面高于液面，外面的液氦II会自动流入杯子

然而不幸的是，超流体只能通过普通的毛细作用爬上血管壁。当系统达到平衡时，运动停止。更何况制造超低温超流体会耗费大量能源，所以目前还没有大规模利用超流体的可能。

虽然没有超流体，但是在超低温下，很多物质会有零电阻，这就是所谓的超导。这真的让电流自由流动，没有“摩擦”。随着高温超导的发现，超导体的临界温度不断升高，无损输电的梦想似乎即将实现，这对人类文明具有革命性的意义。

韩国的超导输电线路

德国也在酝酿超导电力传输，使用液氮作为冷却剂

可控核聚变目前还不能应用？

超导的应用远远不止于传输。

我们知道，磁场一般是由电磁铁提供的。电流越大，电流热效应产生的发热量越大，电阻成为构建更强磁场的瓶颈。超导材料几乎没有加热问题，例如核聚变神器托卡马克中使用的磁约束材料和直线加速器LHC中的加速磁场。

托卡马克采用Nb-Sn超导材料，临界温度为18.3K K。

既然我们已经谈论了受控核聚变，我们必须说几句话。这确实是人类最期待的能源。如果这个项目被征服，人类将不会在几个世纪内被能源问题所困扰。这才是真正的“永动机”！目前，科学家的主要技术思想有托卡马克和星模拟器等。，无非是通过等离子体的磁约束，为氘氚聚变创造环境和超高温，实现聚变反应的人为控制。

遗憾的是，从上个世纪下半叶到现在，尽管不断取得突破，但距离最终工业化还有很多差距。因此，有人嘲笑人类对可控核聚变的研究:“总会有50年的成功！”

中国的EAST能给我们带来惊喜吗？

如果我说可控核聚变已经成功了，你会认为我疯了吗？

然而，这是真的。20世纪60年代，美国两位发明家发明了一种惯性静电约束装置，通过电场加速离子，提高系统温度，直到加热到可能发生核聚变的状态。在装置中心，离子浓度增加到一定程度，几个离子可能发生碰撞，引起核聚变。这种装置被称为“扶桑”。

几个离子正在进行核聚变的发光聚变器

其实，扶桑真的不难做。2008年，14岁的美国男孩泰勒·威尔逊做了一个核聚变实验，成为世界上最年轻的核聚变实验者。

既然fusor不难做，为什么到现在还没有产业化？

这是同样的问题。聚变的输入能量远远大于核聚变的输入能量。因此，fusor经常被放置在科技博物馆或用作实验室的中子源。

泰勒·威尔逊在14岁时制造了一个核聚变装置。这一记录在2014年被打破

与托卡马克和星模仿器相比，fusor很小。是的，我们不仅希望实现可控核聚变，也期待它的小型化。事实上，就在几十年前，一些科学家几乎意识到了这一点。

1989年，两位美国化学家弗莱舍曼和庞斯在犹他大学建立了一个实验室。他们用钯电极电解重水，电解出来的氘被吸附在钯电极上。他们观察到一种异常现象，钯电极的温度实际上增加了很多。通过计算，这种温升绝不可能是氢氧结合造成的。

看到这里，你是不是也想到了什么？

可控核聚变！！！

弗莱施曼和庞斯在实验室用钯电极测试冷核聚变

这两个化学家还是太冲动了。他们贸然召开新闻发布会，宣布世界能源问题已经解决！有一段时间，两位化学家成为全世界关注的对象。

全世界都一样。全世界存疑的科学家似乎一夜之间步调一致，开始从各个方面质疑两位化学家的实验，围攻他们的实验错误、测量方法，指责他们捏造数据等等。离发布会只有40天了，两位化学家从天堂掉到了地狱，至今没有翻身。

现在一些科学家客观地重复了弗莱舍曼和庞斯的实验，发现钯晶格中氢原子的活性并不像我们想象的那么简单，其中一小部分可能发生了核聚变反应。但这种反应的比例还是太小，能量投入和产出不成比例，根本没有工业价值。

近年来，科学界开始再次反思这一事件。特别是英国《自然》杂志今年5月27日在网上发表了一篇文章，首次公开报道了这个项目。文章说，虽然研究没有发现冷聚变的证据，但研究结果被认为对许多科技领域具有参考意义。

倒霉的弗莱舍曼和庞斯甚至去了《纽约时报》。然而，从天堂到地狱，只需要40天

“零能量”是伪科学吗？

许多物理学家认为真理是全面理解自然的关键。越来越多的证据表明，我们所谓的“真空”实际上并不空，但也有一定的能量，即使在没有物质的空中也依然存在，因此被称为“真空能量”。可以用量子力学中的“基态”概念来解释，即我们的空之间存在各种场，当这些场处于“基态”时，就产生了真空。显然，真空也有“基态”能量，所以“真空能量”也叫“零点能量”。

真空也有能量？

起初，这种“零点能量”只出现在理论上，直到卡西米尔效应的出现，才使得“零点能量”不再有争议，并被科学界广泛接受。

1948年，卡西米尔认为，如果“零点能量”存在，如果两块不带电的金属板足够靠近，这两块金属板就会有吸引力。后来被实验证明。1997年，科学家仔细测量了卡西尔力，发现它只有理论值的5%。似乎还有很多谜团等着我们去探索。

荷兰物理学家卡西米尔。

似乎“零点能量”真的是宇宙中最常见、最容易获得的能量，因为它无处不在，无处不在，就在我们的周围，甚至在空这个空旷的空间空里。如果我们能利用这种能源，人类还会为能源问题头疼吗？

有人提到一段话，特斯拉称之为“创造二十世纪的人”:“按照一种违背现有理论的方法，可以生产出‘自动’发动机或机器。虽然它没有生命，但它可以像生命体一样从任何地方获得无尽的能量。”不幸的是，特斯拉没有制造类似的机器或机器模型。

关于特斯拉的神话有很多，也有人因为这段话开始“幻想”。也许特斯拉找到了使用“零能量”的方法，但由于种种原因，并没有传承下来。

被视为“创造二十世纪的人”——特斯拉

在超流、超导、暗能量、宇宙膨胀等理论物理的前沿，都能找到“零点能量”的影子。除了理论研究之外，科学家们还希望这种能量能为我们所用。据说美国、中国、俄罗斯、德国和巴西的军方都试图应用它。

1999年，美国宇航局前科学家平托在《物理评论》上发表了一篇关于“卡西米尔引擎”思想实验的论文。本文证明了卡西米尔效应可以产生连续的能量输出。他甚至在总结中说:“在没有其他解释的情况下，我们可以断定它能给我们带来无穷无尽的自由能量。”

在接下来的十年里，发表了几篇类似的论文。卡西米尔效应真的能给我们带来取之不尽的能量吗？还是只是新时代的“永动机”？

用水波模拟卡西米尔效应

科罗拉多大学的加内特·莫德尔教授指出，这种设备依赖于卡西米尔力是非保守力的假设，但有足够的证据表明卡西米尔效应是保守力。

这是什么意思？就好比说“零能量”确实存在，但卡西米尔效应是借来的，用完了应该还给上帝。就像从楼梯上跳下来一样，我们确实可以给地板一个力，但是如果我们想继续工作，我们必须再次爬上去。因此，在科学界，利用“零点能量”的想法被归为伪科学，“卡西米尔发动机”真正成为了新时代的“永动机”。

想用卡西米尔的力量？别做梦了...

时间也能变成水晶？

2012年，诺贝尔奖获得者威尔切克提出了“时间晶体”的概念。众所周知，三维晶体具有空范围内的重复结构，但它们随时间保持不变。另一方面，时间晶体在时间上不断重复，使晶体从一个时刻到另一个时刻反复变化。

诺贝尔奖获得者威尔切克在巴黎萨克利大学发表了演讲

有一段时间，主流科学界认为时间晶体不可能存在，但科学家真的“造”出来了。2016年10月，马里兰大学的克里斯托弗·门罗声称创造了世界上第一颗时间晶体。首先，他们用电磁场制作了一个离子阱，并用脉冲激光轰击镱离子链。最后，他们发现这个离子阱捕获了10个镱离子，他们进入了稳定且重复的自旋反转模式。

后来，哈佛大学的米哈伊尔·卢金也声称通过在钻石中填充氮气发明了时间晶体。

哈佛大学卢金团队制作的时间水晶也被称为“哈佛钻石”

当时间晶体的概念首次被提出时，它被认为是新一代永动机。但事实上，时间晶体是无法分离的，它是一个处于非平衡状态的开放系统。所以不违反热力学定律，整个系统的能量是守恒的。时间晶体不能自发地将热能转化为机械能，也不能储存能量。

时间也能变成水晶？这是科学还是科幻？

总之，一系列的故事告诉我们，虽然我们不能永远输出动力，但对它们的研究使我们对宇宙的认知更深，从而人类文明也上升了几个台阶。

请看下期:人类与永动机的千年恩怨如何避免落入永动机的陷阱？

这篇文章首次发表在《科学庭院》上。转载请联系cas@cnic.cn

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