アーネスト・スターングラスが 1947 年 4 月にマーサー ストリート 112 番地の階段を上ったとき、彼はそれが普通の日ではないことを知っていました。教皇に会うために召喚された教会の助祭のように、ワシントン D.C. の海軍兵器研究所の 23 歳の研究者であるスターングラスは、最も有名な住人であるアルバート アインシュタインの招待で、ニュージャージー州プリンストンに到着しました。電気工学の学士号しか取得していない彼は、その月の初めに、自分の研究室で行っている研究についてアインシュタインに手紙を書いていました。驚いたことに、アインシュタインはすぐに返信しただけでなく、スターングラスに直接プリンストンに行って仕事について話し合うように依頼しました.
スターングラスが知らなかったのは、アインシュタインへの彼の訪問が、未発表の実験 (彼の) と未発表の仮説 (アインシュタインの) の両方を含む一連の通信を開始することであり、これらは一緒になって世紀の最も重要な無視された科学の 1 つを構成する可能性があるということです。科学が見落とされた理由は明白です。それは、少なくとも時代の 1 世代先を行っていたからです。半世紀以上が経過した現在、この研究は再検討されており、持続可能なエネルギー生産に潜在的に深い意味を持っています。スターングラスにとっては、家庭用コンセントのエバージー レベルで自由中性子を生成する方法を発見することであり、アインシュタインはその理由を説明することでした。
しかし、1947 年のその春の日、スターングラスは物理学のサン ピエトロ大聖堂への謙虚な訪問者でした。プリンストンに到着すると、彼は下見板張りの家のドアをノックし、秘書にホワイエに入れられ、すぐに今では有名なシルエットに直面しました.そして寝室のスリッパ。
スターングラスがアインシュタインに連絡を取ったのは、ワシントンにあるアインシュタインの研究室が、電子ビームが当たったときに金属から電子がどのように放出されるかを調査していたからです。海軍は、このプロセスをよりよく理解したいと考えていたので、体温によって発せられる赤外線光に敏感な暗視カメラ、写真、およびビデオを開発することができました.
一見したところ、スターングラスの発見は軍事的な好奇心に過ぎないように見えるかもしれません。しかし、アインシュタインは、海軍の研究に関連する現象を説明する理論でノーベル賞を受賞しました。それは、紫外線のビームで照らされた金属からの電子の放出、光電効果と呼ばれるプロセスです。 Sternglass は、2 次電子放出と呼ばれる彼のプロセスを説明する理論が単に間違っているのではないかと疑い始めていました。 「私は 20 代前半でした」と、スターングラスは 1997 年の回想録 ビフォア ザ ビッグバン に書いています。 、「物理学の高度な教育を受けていないため、ニュートン以来世界で最も有名な科学者に、彼が私の考えについてどう思うか尋ねようとしています。」
アインシュタインの招待で、2 人はマーサー ストリート 112 番地の裏庭に出ました。アインシュタインは、控えめながらも愛する彼の庭園をゲストと一緒に散歩する機会を大切にしていました。 Sternglass は、ホストとの共通点を見つけました。 「父が夏の家を建てたベルリン郊外に小さな庭がありました」とスターングラスは回想します。どちらの男性も、1930 年代にナチスドイツから逃れた生粋のユダヤ系ドイツ人でしたが、当時はまだ逃亡の機会がありました。アインシュタインは午後の予定をキャンセルしました。
スターングラスはアインシュタインに、二次電子放出の最新の理論が、皮肉なことに、アインシュタイン自身の光電効果のモデルに非常に似ていることを説明しました。アインシュタインの光電理論では、原子核から最も離れた、原子の最も外側の電子だけを考慮していました。これは安全な仮定であり、今日の科学によって裏付けられたものです。しかし、電子と光子は別物です。電子は、UV 光よりも多くのパンチを詰め込むことができるため、原子の奥深くまで浸透することができます。そのため、二次電子放出の現実的な理論では、原子を周回するすべての電子を考慮に入れる必要がある、と Sternglass 氏は述べた。 「それは私には理にかなっているように思えます」とアインシュタインは答えました。
会話は、スターングラスの心に近いもの、つまり核粒子、特に中性子に移りました。中性子は変換のエージェントです:周期表の 1 つの要素を別の要素に変換できます。当時、陽子と中性子は原子核内でぴったりと隣り合っており、電子と対になると互いに変換できることが知られていました。このようにして、炭素の安定同位体 (たとえば、原子核に 6 つの陽子と 7 つの中性子を含む) に中性子を追加して、6 つの陽子と 8 つの中性子を持つ不安定同位体である炭素 14 を作成できます。しばらくすると (平均 5,730 年)、炭素 14 は電子を放出して、7 つの陽子と 7 つの中性子を持つ窒素の安定同位体を生成します。ここに、アインシュタインとの別のつながりがありました。アインシュタインの物理法則が不完全であることが示されたアイザック ニュートンは、要素の変換 (古代の錬金術の伝統の一部) に取りつかれていました。
スターングラスはアインシュタインの相対性理論を研究し、電子とその反物質である陽電子の安定した周回配置を表す方程式の解にたどり着きました。彼は、これらの周回ペアを陽子と中性子に相当すると解釈しました。今日、私たちはこれらのモデルが創造的に魅力的であると同時に正しくないことを理解しています (クォークは陽子と中性子を構成します)。
それにもかかわらず、それはスターングラスを重要な仮説に導きました。 Sternglass のモデルが示唆したように、中性子と陽子が実際に電子が 1 つだけ異なる核のいとこである場合、陽子と電子から中性子を作る裏口の方法が存在する可能性があります。アインシュタインもまた、陽子-中性子衝突から生じる粒子のような粒子の動物ではなく、反物質と衝突した後にわずか2個の光子を残す電子の性質と格闘していた.電子は別種でしたか?
数年以内に、スターングラスは電子と陽子を興味深いとは考えられないほど低いエネルギーで衝突させ、驚くべき結果をプリンストンの師匠に報告するようになるでしょう。アインシュタインは、この若い技術者に将来性を見出した。彼の別れのアドバイスは驚くべきものでした。「私がしたことをするな」とアインシュタインはスターングラスに語った. 「朝起きて、自分が何か役に立つことをしていると自分に向き合える靴職人の仕事を常に続けてください。誰も天才になって宇宙の問題を毎日解決することはできません。」
スターングラスはそのアドバイスに耳を傾けました。彼は純粋な物理学の大学院プログラムに入学するのではなく、博士号を取得しました。彼の学部の母校であるコーネル大学の工学物理学の新しい部門のプログラム。彼の卒業生の顧問は、マンハッタン計画の退役軍人であるフィリップ・モリソンであり、彼は別の爆弾退役軍人であるリチャード・ファインマンとオフィスを共有していました。 Morrison は、Sternglass が二次電子放出という従来のトピックに取り組む限り、中性子実験を行うことができると Sternglass に語った。 Sternglass は同意しました。
1950 年 11 月 19 日、スターングラスはアインシュタインに彼の最新の研究について伝える手紙を書きました。この手紙は、今日、エルサレムのアインシュタイン・アーカイブに保管されており、熱心な若い物理学者が特別特派員と再接続する適切な瞬間を明らかに待っていたことを明らかにしています。 「二次放出の問題を解決できて幸運でした」とスターングラスは書いています。 「あなたは私のアプローチを最初に励ましてくれた一人だったので、私が見つけたことを非常に簡単にお話ししたいと思いました。」こうして、師弟の文通が再開されました。
スターングラスは、二次電子放出の問題にしっかりと足を踏み入れると、アインシュタインと話し合った中性子と電子に関するアイデアに注意を向けました。そして、自信を持てる実験結果が得られるとすぐに、メンターに手紙を書きました。
1951 年 8 月 26 日付のアインシュタインへの手紙で、スターングラスは次のように書いています。高電圧水素放電」
Sternglass の中性子実験は、水素ガスで満たされた長さ 1 フィート未満の排気されたガラス管で構成されていました。彼は電子銃を発射しましたが、これは古い真空管テレビに見られるタイプのものとは異なり、ガスを通して、管の端にある銀とインジウムの薄い箔に向けて発砲しました。彼が研究していたエネルギー (約 35,000 電子ボルト) の電子ビームがフォイルに放射能を誘発する方法は知られていませんでした。それにもかかわらず、それは彼が何度も観察したことです。彼が通常の空気を通過するビームで制御実験を行ったとき、フォイルは放射性になりませんでした.
放射性サインは、銀を構成する 2 つの安定同位体 (60 個の中性子を持つ銀 107 と 62 個の中性子を持つ銀 109) が変換を受けていることを示唆していました。それぞれに中性子を追加すると、不安定な銀108同位体と銀110同位体が生成されます。銀 108 が崩壊すると、平均 2.3 分で電子 (またはベータ粒子) を放出します。残った原子は、安定同位体であるカドミウム 108 になります。銀 110 は寿命が短く、わずか 24 秒でベータ崩壊してカドミウム 110 になります。 「3 ～ 4 分程度の減衰が観察されると予想する必要があります」と Sternglass 氏は実験ノートに書いています。彼はまさにそれを見た。彼の銀箔は、まるで低エネルギー中性子によって衝撃を受けたかのように機能していました.
しかし、これは素粒子物理学と原子核物理学の従来のモデルとは対照的でした。電子ビームは、金属箔の銀原子を一瞥することがあります。 Sternglass 自身が研究したように、銀原子から他の電子をノックアウトする可能性があります。しかし、わずか 35,000 ボルトで推進されたスターングラスのチューブ内の電子は、核反応を起こすには遅すぎました。アインシュタインは、わずか 4 日後の日付の手紙でスターングラスに次のように指摘しました。「中性子を形成するには、780,000 ボルトを通過した電子が必要です。」
低エネルギーの中性子源が劇的な影響を与える可能性があることをスターングラスは知っていた。 1951 年、世界最高の中性子製造工場は、ワシントン州ハンフォードにある原子力委員会の施設にある 10 億ドル規模の工場でした。これらの自由中性子が生成されると、一種の「賢者の石」として機能する可能性があります。たとえば、ウランからプルトニウム原子を作ることができます。実際、理論的には、宇宙のあらゆる元素を変換することができます.
中性子核変換は、原則として、中世の錬金術師の夢のような貴金属を生成する可能性があります。しかし、そのためのコストは法外なものになるでしょう。しかし今日、別の、より魅力的な目標が手招きされています。それは、クリーン エネルギーです。核変換の結果は、崩壊する運命にある不安定な原子になることがよくあります。そうすることで、それはエネルギーの高い電子または光子を放出します。このエネルギー粒子を捕獲できれば、熱に変換され、使用可能なエネルギーになる可能性があります。
1951 年、スターングラスは、彼の明らかな発見の応用について予備的な考えだけを記録しました。 「私が見つけたものは、非常に興味深いものかもしれません」と、スターングラスは未発表の実験ノートに書いています。 「ばかばかしいほど単純な中性子形成プロセスが得られるでしょう。これは原子力エネルギーのアプリケーションでさえ使用される可能性があります。」
将来がどうなるにせよ、スターングラスは恍惚とした.最初の夜のデータ収集の途中で、彼は妻と、彼の実験の X 線管を作ったコーネル物理学教授のライマン パラットに電話をかけました。家に帰ると、モリソンにも電話をかけ、モリソンは低エネルギー中性子が関与したのではないかと疑った.そのため、7 月の残りの期間、Sternglass 氏は実験を改良し、データを収集し続けました。彼はチューブのガスポンプシステムを改良し、宇宙線を排除するために岩塩坑の底で実験の一部を再実行し、別の理論を研究しました。すべてが中性子を指していました。科学文献も彼を支持しているようだった。 J.J.ノーベル賞を受賞した電子の発見者であるトムソンは、1914 年に同様の発見を報告しました。 ！」
コーネル大学の物理学部門でのスターングラスの結果への関心は、スキャンダルと混ざり合っていました。ある教職員は、スターングラスが彼のデータを偽造しているという噂を聞いたと彼に話しました。秋の後半、スターングラスは別の鈍い交換を記録しました。 「昨日教授と話すと、私はかなり動揺しました」とスターングラスは書いています。 「彼は、『私のデータに顕著な効果があるかもしれないことを認めても、彼はそれに興味を示さないだろう.これは確かに奇妙な科学的態度だったと思います」スターングラスは続けた.
しかし、アインシュタインはもっと思慮深い人でした。 1951 年 8 月 30 日付の手紙の短い 1 段落で、アインシュタインは戦後のプリンストン大学での彼の考えと同じくらい洞察に満ちた 2 つの文を書きました。 「おそらく、複数の電子が同時に 1 にエネルギーを転送する反応が発生します。 陽子」とアインシュタインは書いた（彼の強調）。 「量子論によれば、これは可能性は低いですが、いくらか考えられます。」アインシュタインがスターングラスに示唆したことは、共通の属性を持つ 1 つの実体として集合的に振る舞う電子の集団を含んでいました。キャンディーバーを 1 つ購入するために小銭をプールする子供たちのグループと考えてください。今日、超伝導体からレーザーまですべてが電子の集団的挙動に依存していますが、1950 年代には、これは主に遠い理論的な見通しでした.
アインシュタインは、特徴的な華麗な飛躍を遂げました。しかし、彼もスターングラスも同時代の人々も、スターングラスのデータを理解するための技術や理論的枠組みを持っていませんでした。彼のデータもアインシュタインの推測も公表されていません。 Sternglass にはすでに論文のテーマがありました。それは、二次電子放出です。スターングラスがビッグバン以前で説明しているように 、彼はウェスティングハウス研究所で働いていた9年後、中性子生成実験を再実行しました.しかし、それまでにアインシュタインは亡くなっていました。また、ウェスティングハウスの研究所設備を使用しても、スターングラスは彼のコーネル データを再現できませんでした (ただし、海軍兵器研究所の彼の同僚が 1953 年に彼のデータを再現できたことは指摘しておく価値があります)。 「今日に至るまで、ガス放電管の複雑な環境で予想よりもはるかに低いエネルギーで中性子がどのように形成されるのかは、まさに謎のままです」とスターングラスは 1997 年の著書で結論付けています。
それは物語の終わりだったかもしれません。しかし、予想外の収束で、25 年前に開始された完全に独立した一連の研究が、スターングラスの低エネルギー中性子への関心を復活させました。 1989 年、ユタ大学の 2 人の化学者が記者会見で、単純な卓上装置で核融合を起こす方法を発明したと発表したとき、世界中のメディア ストームを引き起こしました。スタンレー・ポンズとマーティン・フライシュマンは、重水に浸した特別に準備されたパラジウム電極に電流を流すと、化学反応で予想される以上の大量の熱が発生することを発見しました。 「常温核融合」という見出しが鳴り響いた。
しかし、物理学者たちは、今日と同じように反応しました:常温核融合は単にスターターではありません.核融合反応に伴うと予想される放射能、ガンマ線、または高エネルギー中性子はありませんでした。では、データを説明できるものは何でしょうか?常温核融合がパリア分野になると、いくつかは低エネルギー中性子との関係を作りました。 1989 年 5 月、ポンスとフライシュマンがデータを公開してからわずか 1 か月後、ラリー A. ハルという名前の人物が Chemical &Engineering News の編集者に手紙を書きました。 彼らは核融合ではなく、スターングラスが観測したと主張したのと同じ低エネルギー中性子によって引き起こされた核変換を観測していたのではないかと推測している.
この解釈は、10 年以上にわたって、常温核融合研究コミュニティ (それ自体がより広範な科学コミュニティの周辺にあった) の周辺に置かれていました。 European Journal of Physics C に画期的な論文が発表されたのは 2006 年のことでした。 中性子誘起核変換は、常温核融合とは異なるものとして、実行可能な理論として浮上し始めた.この論文は、水素、重水素、または三重水素原子でコーティングされた金属表面上の電子が、特定の周波数で振動する電磁場によって駆動されると、(アインシュタインが予測したように) 集合的に振る舞うことができると予測しています。この集合的な振る舞いは、水素、重水素、または三重水素と結合して中性子を作るのに十分なエネルギーを与えることができます。
この論文はさらに、結果として生じる中性子は非常にゆっくりと移動すると述べています。実際には、発生場所の微視的な近辺を離れる前に、近くの原子に飲み込まれてしまうほど遅いのです。その後、原子は不安定になり、ガンマ線や高エネルギー電子などの放射性崩壊副産物を放出する可能性があります。同じ著者による別の論文では、低エネルギーの中性子を生成する傾向のある電極の微細な表面は、放射性ガンマ線の効率的な吸収体であると計算されています。そのため、放射性崩壊は無害な熱浴に変わる可能性があります。もちろん、熱エネルギーは容易に電気に変換できます。
上の写真は、中性子と陽子を結び付ける、いわゆる「強い力」の規模の燃えるエネルギーを必要とする核融合を含んでいません。代わりに、陽子による電子の捕獲を仲介する核の弱い力の規模でより低いエネルギーを必要とします。
論文の著者であるノースイースタン大学の物理学教授であるアラン・ウィドムと、シカゴを拠点とするエネルギー産業のコンサルタントであるルイス・ラーセンは、未発表のスターングラス・アインシュタインの研究とは独立してアイデアを発展させました。ウィドムとラーセンはこの話の取材依頼を断ったが、スターングラスの研究とアインシュタインの解釈に出くわしたのは彼らの論文が出版された後であったことを別々に述べている. 「これについて本当に気が遠くなるようなことは、アインシュタインが単に見たということです Sternglass のデータを見てすぐに、観測された中性子生成には、電子とのある種の多体集団効果が関係しているに違いないことに気付きました」と Larsen は書いています。
Widom-Larsen の論文は、低エネルギー核反応の研究におけるマイナーなルネッサンスとしか言いようのないことを思い起こさせます (「常温核融合」という用語は削除されました)。 2012 年 3 月、世界で最も強力な粒子コライダーを運営する欧州原子核研究機構 (CERN) は、1989 年以来、ポンス-フライシュマン データに関連する最初のコロキウムを開催しました。サンディエゴで開催された冬季会合での低エネルギー核反応に関する分科会。また、バージニア州ハンプトンにある NASA のラングレー研究センターは、Widom-Larsen 理論をテストする一連の実験を考案しました。
研究者たちは、理論と一致する実験データが増えていることを明らかにしています。イタリア核物理学研究所の研究者である Francesco Celani は、CERN の聴衆に、ポンスとフライシュマンの後の 20 の実験について説明しました。イタリアのペルージャ大学の物理学教授であるヨゲンドラ・スリバスタヴァは、同じコロキウムで、電流が過負荷になると爆発し、いくつかの実験によれば中性子を生成する細いワイヤーについて何百もの論文が発表されていると説明した.彼は、低エネルギー中性子生成に基づく潜在的な技術が、自然の4つの基本的な力の1つである弱い力の人類による最初の開発になる方法を説明しました. NASA Langley の上級研究科学者である Joseph Zawodny が述べたように、「退屈で、無関心で、何の役にも立たない、数少ない自然の力の 1 つがそこにあるとは想像できません。」
同じ 11 月のアメリカ原子力学会の会合で、日本の三菱重工業の岩村忠彦は、中性子誘起核変換に関する三菱の実験について説明した。岩村氏は、放射性元素であるセシウムが重水素を強制的に通過させられたときに、放射性元素であるセシウムがより害の少ないより重い元素であるプラセオジムに変換されるのを彼の研究室が観察したと語った.セシウムは一般的に核廃棄物に含まれています。質疑応答の時間中、岩村は、トヨタの他の科学者が三菱の核変換データを独自に確認したことを認めて聴衆を驚かせた.
しかし、この研究は、一般の人々や科学者の懐疑論の強い逆風に直面しています。これは部分的には、卓上核融合の支持できる理論を前進させることができなかった、現在の常温核融合論者のはるかに大きなグループの継続的な活動によるものです。 「本物の科学と疑似科学の違いはまだ広く知られていません」と、New Energy Times の編集者であるスティーブン クリビットは言います。 、ポンス-フライシュマン実験によって開始された地下科学運動に特化したニュースレター。 NASA でさえ高射砲のシェアを獲得しました。 2011 年、ウォッチドッグのウェブサイトである NASA ウォッチは、「なぜ NASA ラングレーは常温核融合研究に時間を浪費しているのか?」というタイトルの記事の見出しを付けました。 .
NASA Langley の主任科学者である Dennis Bushnell は、この分野は実験データの変動性にも悩まされていると述べています。 Sternglass が Westinghouse で彼の Cornell データを再現できなかったことは、これを初めて垣間見たものでした。ブシュネル氏は、ウィドム・ラーセン理論によれば、陽子に電子を捕獲させるには、最大で 1 メートルあたり 1000 億ボルトという非常に強い局所電場が必要であると指摘しています。 「そして、それを得るにはいくつかの方法があります」とブッシュネルは言います。 「ひとつの方法は、電圧を上げることです。もう1つの方法は、メーターを減らすことです。」核変換が実際にダスト粒子、クラック、または不純物などのナノスケールの特徴 (「縮小メートル」を伴う特徴) に依存している場合、実験者はこれらのスケールで材料を制御するという困難な実験的課題を解決しなければなりません。
Zawodny は、核変換が暫定的な約束にすぎないことを明らかにしながら、エネルギー生成への応用を無視することはできないと述べています。 「低エネルギーの核反応はまだお茶を沸騰させることはできません」と彼は言います。 「しかし、これが最適な方法で行われ、これがあらゆる形態のエネルギー生成に取って代わったとしたら、年間 6 兆ドル以上の市場を話していることになります」と彼は言います。 「これが本当なら、影響は非常に大きく、現在の問題への適用とそれらを迅速に解決する能力は非常に明白であるため、これを行うことはできません。」
ザウォドニーに同意し、この物議を醸すが潜在的に重要な一連の研究を熱心に追求する研究者は、スターングラスへのアインシュタインの別れのアドバイスを高く評価するでしょう. 1954 年 3 月、アインシュタインが亡くなる 13 か月前に、スターングラスはメンターに二次電子放出に関する最新の出版物と 75 歳のバースデー カードを送りました。アインシュタインはスターングラスへの最後の手紙で、印刷されたお礼状を送りました。カードの裏には、わずか 2 語からなる手書きの回答がありました。
「頑固になりなさい」とアインシュタインは言いました。
Mark Anderson は、Discover、Technology Review、Scientific American、Science、Wired、IEEE Spectrum、New Scientist、Rolling Stone に寄稿した科学技術ジャーナリストです。
アルバート・アインシュタインがアーネスト・スターングラスに宛てた (ドイツ語で書かれた) 手紙は、この記事のためにハンス・ヨッヘン・トロストによって英語に翻訳されました。 Widom-Larsen 理論と低エネルギー核反応の詳細については、ニュースレター New Energy Times を参照してください。
この記事の技術的側面に関する専門知識を提供してくれた Ephraim Fischbach に感謝します。
この記事は、2013 年 11 月の「Waste」号で初めてオンラインに掲載されました。
