核聚變是人類目前正在開發的優質新能源之一，如果推上商業運用，將完全緩解現階段的能源危機，將人類文明推上一個新階段。於是，有人認為，核聚變能源的利用，是人類未來文明升級，走向深空的唯一出路。

這就值得商榷了。我認為，核聚變只是人類目前正在開發的一種高效能源，是人類迄今為止認識的質能轉換率最高的能源，但並不一定是未來人類最高階的能源。為什麼這麼說呢？這就要從愛因斯坦的質能方程說起。

質能方程

質能方程是愛因斯坦最偉大的發現和貢獻之一，它揭示了質量與能量的當量等價以及互換關係，讓人類對物質質量所蘊含的能量有了突破性認識。它告訴人類，只要有本事將物質質量全部轉化成能量，能量就會取之不盡用之不竭。

質能方程有一個複雜的推導過程，最終得到一個十分簡潔的表示式，就是E=MC^2。這個公式的意思是，能量E與質量M乘以光速C的平方是等價的，而且是可以互換的，只要人類有本事將物質質量全部轉化為能量，這個能量就驚人的巨大。

質能的等價轉換是相互的，也就是說質量既可轉化為能量，能量也可轉化為質量。但這種轉化又是很難很難的，需要特別苛刻的條件，主要是需要巨大能量或者極高壓力，而且能量轉化為質量則更難。宇宙誕生那一刻，在無以倫比的壓力和高溫下，宇宙從大爆炸那一刻的純能量，漸漸生成了各種元素和物質，才成就了我們的世界。

很小質量的物質可以轉化出巨大能量，因此如果反轉，則巨大能量才能夠轉化出很小質量。根據質能方程計算，1kg質量的物質，全部轉化為可得到9*10^16J(焦耳）能量，每度電能相當3600000J，每噸炸藥相當4814000000J，因此1kg物質全部轉化成能量相當250億度電能，2151萬噸炸藥。

等價對等轉換，能量轉化為質量，就是250億度電能的能量，才能夠轉化出1kg質量，或者2500萬度電的電能，才能夠轉化出1g質量。

現在已知的是，實現100%質能轉化率，也就是物質質量全部轉化為能量的途徑只有一個，就是正物質和反物質碰撞湮滅。但我們世界反物質極少，而且捕捉和儲存都十分困難，因此要取得這種完美質能轉化還只能是個夢想。

人類過去的能源利用主要是透過對木柴或煤炭石油的燃燒，這種能源利用方式不是質能轉換，而主要是透過化學反應的方式，質能轉換在其中極其微量。如果按照質能方程計算，這種轉化率極低。如1kg煤透過燃燒能得到約3000萬J的能量，質能轉化率只達到3*10^-10，也就是300億分之一。

核能利用和可控核聚變開發現狀

現在人類取得最大質能轉換率的是核能。核裂變的質能轉化率約0.1%，核聚變的質能轉換率約0.7%，也就是1kg核燃料，這兩種方式可以分別轉化出1g和7g質量的能量。這比過去燒煤強多了，效能分別提升了300多萬倍和2300多萬倍。

原子彈爆炸和氫彈爆炸是核能不可控的瞬間釋放，雖然只有0.1~0.7%的質能釋放，卻這麼驚人，比普通炸藥厲害多了，可見質量轉化為能量的威力。現在人類已經掌握了核裂變的可控釋放，這樣就可以利用核能造福人類了，如核電站等。

但核裂變一是汙染風險大，二是質能轉化率遠遠沒有核聚變高，三是原材料儲量和開發比核聚變差遠了。因此，開發出可控核聚變，是人類已經追求了幾十年的重大目標。但迄今為止，核聚變還只是停留在氫彈“轟”的一下不可控階段，可控緩慢釋放能量的核聚變利用還在試驗中。有專家預測，大概還需要30年左右，可控核聚變才有可能推上商業運用。

現在世界各國，尤其是發達國家，都在下大力氣攻關可控核聚變，但進展一直都很緩慢。經過幾十年的努力，現在人類已經能夠透過實驗裝置，已經實現了將核聚變的超高溫等離子體約束在裝置內，並從開始的能量輸入大於輸出實現了輸出大於輸入。在這方面，中國走在了世界前列，中科院合肥研究院的全超導託卡馬克裝置進行的實驗，創造了1.2億度狀態下穩定執行101秒的記錄。

即便是世界前列，也才101秒，可見未來的路還有多艱難，還有多長。

可控核聚變實現的難點

所謂可控核聚變俗稱人造小太陽。這種叫法引起過許多人的誤解，以為所謂“人造小太陽”就是造出一個外觀像太陽，放射出耀眼光芒的球體。其實不是這樣，之所以叫做“人造小太陽”，是因為核聚變的內在執行機制是模仿太陽核心的氫核聚變。

太陽之所以源源不斷地發出光和熱，就是中心一直在不停進行著氫核聚變，每秒鐘有420萬噸的質量轉化為巨大能量，以電磁輻射的方式釋放到太空，我們地球也能夠分得一杯羹，這杯羹是太陽總能量的22億分之一。

可控核聚變的最大難點就是實現對高溫等離子體的控制，這種控制一是要約束住它，不讓其到處亂跑；二是要能維持源源不斷的聚變反應。要實現這個目標，首先就要解決容器問題，用什麼容器和方法能夠盛裝核聚變的高溫等離子體。

太陽核聚變是在3000億個大氣壓強和1500萬度高溫下，幾十億年來持續不斷進行的。而人類在地球上無法得到這麼高的壓力，就只能從溫度提升上做文章。

因此在地球環境下要實現可控核聚變，讓這個聚變源源不斷的進行，核聚變等離子體的溫度就要達到1億度以上。從目前的技術來看，人類製造出1億度高溫已經不成問題，但問題是這團億度高溫之火用什麼容器來裝住讓它不要亂跑呢？

我們地球所有的材料沒有能夠耐受1億度高溫的。已知熔點最高的物質是鉿合金，熔點可達4215℃；其次是單質碳，熔點在3500℃以上；熔點最高的單質金屬是鎢，熔點為3410℃。由此可見，地球物質耐高溫的能力太弱了，連1萬度都耐不了，別說耐1萬個1萬度的1億度了。

不管用何種物質做核聚變裝置的內膽，都無法裝住核聚變的火焰。當然這只是常人的眼光，科學家可不是常人，他們熟知並能應用幾百年來的科學發現和發明，找到了束縛核聚變高溫等離子體這匹野馬的方法，而且還不止一種。

這就是磁約束、重力約束、慣性約束。太陽就是依靠重力約束，巨大質量的壓力，將核聚變控制在核心進行；而地球沒有這麼大的重力，人類也沒有能力製造這麼巨大的壓力，只能採取其他約束 辦法。

現在普遍採用的是磁約束，就是透過製造一個磁場，將核聚變的等離子體中帶電粒子約束在裝置中心，不讓它接觸內壁和任何零部件，這種裝置主要有託卡馬克和仿星器裝置。

這樣，核聚變反應就能夠控制在容器中進行了。但理論與實踐是有距離的，當前需要解決的是能夠約束和持續穩定執行多久的問題，能夠轉化出多大的能量的問題。

可控核聚變前景

為什麼人類對可控核聚變這麼重視和期待呢？主要是因為有兩大無可比擬的優勢：一是核聚變所需原料儲量充足，二是核聚變是一個最清潔環保的能源，幾乎沒有任何汙染。因此如果核聚變成為人類的主要能源後，什麼碳排放等發展與破壞難以解決的矛盾就都不是事了。

現在核聚變採用的原料主要是重氫，就是氫的同位素氘和氚，這種原料在海水中儲量豐富，1升海水就含有0.03g的氘，這一點點氘透過核聚變釋放的能量相當300升汽油，而全球海水中儲存的氘就有45萬億噸，相當4.5*10^19噸汽油燃燒釋放的能量。

世界石油總儲量只有約2500億噸，海水中氘的儲量所能轉化能量是石油儲量的1.8億倍。現在1年使用中開採量約50億噸，現有儲量只能開採50年，而用氘替代可用9億年。

而且，除了海水，地球其他資源中也還富含氘和氚。未來，人們還可以到月球上採集氦-3礦藏，氦-3是比氘和氚更進一步更優質的核聚變材料，月球上儲量豐富，可以供人類使用1萬年。因此，可控核聚變成功推上商業化運用，人類將拋棄長期懸掛在頭頂的能源危機帽子，輕裝上陣。

未來，可控核聚變可廣泛用於發電、運輸、航空、航天，將會推動人類文明的升級。有人認為，核聚變利用將是人類進入核能時代和宇宙一級文明的標誌，到了那時，只要攜帶很少的核燃料，就可以深空航行，飛得更快更遠。

但核聚變不是人類能源開發利用的終點

從前面說的來看，核聚變可以讓人類文明提升到一級水平。所謂一級文明水平，根據卡爾達舍夫宇宙三級文明理論，是宇宙最低一級文明，也叫做母星文明。作為人類，達到一級文明，就是能夠完全掌控地球了。

一些科學家認為，人類文明現在還處於0.73級左右的階段，要實現一級文明，還需要奮鬥200年，而可控核聚變能源的利用，就是要達到一級文明的前提條件。

卡爾達舍夫三級文明理論認為，文明升級的主要度標是能量的使用量。現在人類能量使用總量約2*10^13W/s（瓦/秒），達到一級文明需要使用的能量要達到1.74*10^17W/s，還需要增加8700倍。0.73級到1級還相差0.27級，也就是27個0.01點，8700倍開27次方，我們可以計算出每升級0.01級文明，能量需求增長約1.4倍。

而要達到二級文明，還相差1.27級，也就是127個0.01，根據1.4倍的127次方計算，人類要達到二級文明，能量使用總量還需要增加3萬多億倍。從這樣龐大的能量增長天文數字，我們可以看出，僅靠核聚變能量來獲得升到文明二級的能量只是杯水車薪，是遠遠不夠的。

那麼人類未來能源的出路在哪裡呢？

出路有很多，就是尋找新的能源，最終的目標就是最大限度獲取太陽能源。我們知道，太陽每秒鐘有420萬噸的質量轉化為能量，根據質能方程就是每秒鐘釋放出3.78*10^26W/s能量，地球可以從這些能量中接受到22億分之一，就是1.74*10^17W/s。

其實這就是一級文明和二級文明的能量度標，也就是達到一級文明，消耗的能量要達到地球接受太陽總能量；達到二級文明，消耗的能量相當太陽輻射總能量。因此，核聚變能源利用只能夠讓人類升級到一級文明，而要達到二級文明，就是把地球全部榨乾了，也無法滿足這種能量需求。

那麼未來的能量來自哪裡呢？我想首先是人類透過對自然規律更深層次的認識，在質能轉換效率上有更大突破。人類現在質能轉換獲得的最大效率是核聚變，只佔到質能轉化率的0.7%，而反物質湮滅可以實現質量100%的能量轉化。

那麼在這0.7%到100%中間還有99.3%的質能轉化率，人們還沒有找到任何轉換方法，未來有沒有可能取得重大突破呢？如果能夠達到2%以上，甚至50%以上的質能轉化利用率，那能源利用的前景就更廣闊了。

但人類最終的能量來源還是要依靠我們的母恆星~太陽，如果能夠把太陽源源不斷的輻射收集起來，別讓它浪費了，就能夠得到實現二級文明的能量了。

這正是戴森球理論的來源

戴森球理論是上世紀60年代，美國著名物理學家，愛因斯坦曾經的助手弗里曼·戴森提出來的。這個理論的主要內容是任何文明發展到一定階段，都必須建設一個巨大的球狀殼體，將自己母恆星包裹起來，讓恆星巨大能量全部為文明發展所用。這是宇宙一切文明升為二級的必由之路，也是人類文明升級的必由之路。

科學家們經過計算，人類建造的戴森球半徑應該在地球軌道左右，也就是以太陽為中心，製造一個半徑約1.5億千米的球體，將太陽包裹起來。科學家們經過測算，要建設一個這麼巨大的球體，需要拆解整個太陽系所有的行星，甚至連塵埃氣體也不放過，這個殼體的厚度還只有幾十釐米。

未來的人類將再也沒有地球，而是寄居在戴森球殼體附屬的太空城中，並且依賴汲取太陽的巨大能量，不斷飛往深空進行星際移民。

這個偉大的構想在許多人看來，實在很是荒唐，有些像痴人說夢。但許多科學家相信，這將是人類在太陽系的最後時光最終出路，而且有的科學家對這種工程進行了可行性研究，認為完全可行。現在科學界一般認為，人類要達到一級文明還需要200年，要達到二級文明還需要5000年。

過去，有過很多當時認為是天方夜譚的事情，過了一些年就成為很普通的現實。就如早幾十年，人們連做夢都想不到手機會成為人人必備，可以與地球任何地方的人們影片聊天已經成為常態。因此在未來幾百年，甚至幾千年，人類做成戴森球有什麼稀奇的呢？我堅信這一點，而且只有太陽巨大能量，才是人類最終走出太陽系最可靠的來源。

今天就說到這，最近關於質能方程和能量的事情已經說了很多，可能本文有些並沒有細講，朋友們如果要深入瞭解，可以查閱一下前面發的問答和文章。歡迎討論，感謝閱讀。

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