Η χαμένη υπόθεση του Αϊνστάιν

Όταν ο Έρνεστ Στέργκλας ανέβηκε τα σκαλιά στην οδό Mercer 112 τον Απρίλιο του 1947, ήξερε ότι δεν θα ήταν μια κανονική μέρα. Σαν ένας διάκονος της εκκλησίας που κλήθηκε να συναντήσει τον Πάπα, ο Στέργκλας —ένας 23χρονος ερευνητής στο Εργαστήριο Ναυτικών Μηχανισμών στην Ουάσιγκτον, είχε φτάσει στο Πρίνστον της Νέας Υόρκης, μετά από πρόσκληση του πιο διάσημου κατοίκου του, Άλμπερτ Αϊνστάιν. Έχοντας ολοκληρώσει μόνο ένα πτυχίο ηλεκτρολόγων μηχανικών, είχε γράψει στον Αϊνστάιν νωρίτερα εκείνο τον μήνα για τη δουλειά που έκανε στο εργαστήριό του. Προς μεγάλη του έκπληξη, όχι μόνο ο Αϊνστάιν απάντησε αμέσως, αλλά ζήτησε από τον Στέργκλας να επισκεφθεί το Πρίνστον για να συζητήσει προσωπικά το έργο.

Αυτό που δεν ήξερε ο Sternglass είναι ότι η επίσκεψή του στον Αϊνστάιν θα πυροδοτούσε μια αλυσίδα αλληλογραφίας, που περιελάμβανε τόσο ένα αδημοσίευτο πείραμα (δικό του) όσο και μια αδημοσίευτη υπόθεση (του Αϊνστάιν) που μαζί μπορεί να αποτελέσουν ένα από τα πιο σημαντικά αγνοημένα κομμάτια της επιστήμης του αιώνα. Ο λόγος για τον οποίο η επιστήμη αγνοήθηκε είναι αρκετά ξεκάθαρος:Ήταν τουλάχιστον μια γενιά μπροστά από την εποχή της. Τώρα, περισσότερο από μισό αιώνα αργότερα, το έργο επανεξετάζεται, με δυνητικά βαθιές επιπτώσεις στη βιώσιμη παραγωγή ενέργειας. Για το Sternglass ήταν να ανακαλύψει πώς να δημιουργήσει ελεύθερα νετρόνια με σταθερά επίπεδα οικιακής πρίζας τοίχου—και ο Αϊνστάιν έπρεπε να εξηγήσει το γιατί.

Εκείνη την ανοιξιάτικη ημέρα του 1947, ωστόσο, ο Στέργκλας ήταν ένας ταπεινός επισκέπτης στη Βασιλική της Φυσικής του Αγίου Πέτρου. Έχοντας φτάσει στο Πρίνστον, χτύπησε την πόρτα του σπιτιού, τον άφησαν να μπει στο φουαγιέ από μια γραμματέα και σύντομα ήρθε αντιμέτωπος με τη διάσημη πλέον σιλουέτα:έναν ηλικιωμένο άνδρα με φριζαρισμένο φωτοστέφανο, φορώντας ένα παλιό κοστούμι εφίδρωσης. και παντόφλες κρεβατοκάμαρας.

Ο Στέργκλας είχε έρθει σε επαφή με τον Αϊνστάιν επειδή το εργαστήριό του στην Ουάσιγκτον ερευνούσε πώς τα ηλεκτρόνια εκτοξεύονται από ένα μέταλλο όταν χτυπηθούν από μια δέσμη ηλεκτρονίων. Το Πολεμικό Ναυτικό ήθελε να κατανοήσει καλύτερα αυτή τη διαδικασία, ώστε να μπορέσει να αναπτύξει κάμερες νυχτερινής όρασης, φωτογραφίας και βίντεο που θα ήταν ευαίσθητα στο υπέρυθρο φως που εκπέμπεται από τη θερμότητα του σώματος.

Εκ πρώτης όψεως, τα ευρήματα του Sternglass μπορεί να φαίνονται απλώς σαν μια στρατιωτική περιέργεια, που δύσκολα αξίζει να απευθυνθεί στον ίδιο τον αρχιτέκτονα του χωροχρόνου. Αλλά ο Αϊνστάιν είχε κερδίσει το Νόμπελ του για μια θεωρία που εξηγούσε ένα φαινόμενο που σχετίζεται με την έρευνα του Ναυτικού:την εκτόξευση ηλεκτρονίων από ένα μέταλλο που φωτίζεται από μια δέσμη υπεριώδους φωτός, μια διαδικασία που ονομάζεται φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Ο Στέργκλας είχε αρχίσει να υποψιάζεται ότι η θεωρία που εξηγούσε τη διαδικασία του - που ονομάζεται δευτερογενής εκπομπή ηλεκτρονίων - ήταν απλώς λάθος. «Εδώ ήμουν, στις αρχές των 20 μου», γράφει ο Sternglass στα απομνημονεύματά του το 1997 Before the Big Bang , "χωρίς καμία προηγμένη εκπαίδευση στη φυσική, έτοιμος να ρωτήσω τον πιο διάσημο επιστήμονα στον κόσμο μετά τον Νεύτωνα τι πίστευε για τις ιδέες μου."

Οι δυο τους, μετά από πρόσκληση του Αϊνστάιν, βγήκαν στην πίσω αυλή στην οδό Mercer 112. Ο Αϊνστάιν λατρεύει την ευκαιρία να κάνει βόλτα με τους καλεσμένους στους λιτούς αλλά αγαπημένους του κήπους. Ο Στέργκλας βρήκε ένα κοινό σημείο με τον οικοδεσπότη του. «Είχαμε έναν μικρό κήπο στο προάστιο του Βερολίνου όπου ο πατέρας μου είχε φτιάξει ένα εξοχικό», θυμάται ο Στέργκλας. Και οι δύο άνδρες ήταν επίσης ιθαγενείς Εβραίοι Γερμανοί που είχαν δραπετεύσει από τη Ναζιστική Γερμανία τη δεκαετία του 1930, όταν υπήρχε ακόμη η ευκαιρία να φύγουν. Ο Αϊνστάιν ακύρωσε τα ραντεβού του για το υπόλοιπο απόγευμα.

Ο Στέργκλας εξήγησε στον Αϊνστάιν πώς η τελευταία θεωρία της δευτερογενούς εκπομπής ηλεκτρονίων έμοιαζε, κατά ειρωνικό τρόπο, πάρα πολύ με το μοντέλο του φωτοηλεκτρικού φαινομένου του ίδιου του Αϊνστάιν. Η φωτοηλεκτρική θεωρία του Αϊνστάιν θεωρούσε μόνο τα εξωτερικά ηλεκτρόνια σε ένα άτομο, πιο μακριά από τον πυρήνα. Αυτή ήταν μια ασφαλής υπόθεση και επιβεβαιώθηκε από τη σημερινή επιστήμη. Αλλά ένα ηλεκτρόνιο και ένα φωτόνιο είναι διαφορετικά πράγματα. Τα ηλεκτρόνια μπορούν να συγκεντρώσουν μεγαλύτερη διάτρηση από το υπεριώδες φως, και επομένως μπορούν να διεισδύσουν βαθύτερα στο άτομο. Έτσι, κάθε ηλεκτρόνιο που περιστρέφεται γύρω από το άτομο πρέπει να λαμβάνεται υπόψη σε μια ρεαλιστική θεωρία δευτερογενούς εκπομπής ηλεκτρονίων, είπε ο Sternglass. «Αυτό μου φαίνεται λογικό», ήταν η απάντηση του Αϊνστάιν.

Η συζήτηση προχώρησε σε κάτι κοντά στην καρδιά του Στέργκλας:τα πυρηνικά σωματίδια, και συγκεκριμένα, το νετρόνιο. Τα νετρόνια είναι παράγοντες μεταστοιχείωσης:Μπορούν να μετατρέψουν ένα στοιχείο του περιοδικού πίνακα σε ένα άλλο. Ήταν γνωστό εκείνη την εποχή ότι το πρωτόνιο και το νετρόνιο, που κάθονται σφιχτά το ένα δίπλα στο άλλο στον πυρήνα ενός ατόμου, θα μπορούσαν να μεταμορφωθούν το ένα στο άλλο εάν ζευγαρωθούν με ένα ηλεκτρόνιο. Με αυτόν τον τρόπο, θα μπορούσε κανείς να προσθέσει ένα νετρόνιο σε ένα σταθερό ισότοπο άνθρακα (με, ας πούμε, έξι πρωτόνια και επτά νετρόνια στον πυρήνα του) για να δημιουργήσει το ασταθές ισότοπο, άνθρακα-14, το οποίο έχει έξι πρωτόνια και οκτώ νετρόνια. Μετά από λίγο (κατά μέσο όρο 5.730 χρόνια), ο άνθρακας-14 φτύνει ένα ηλεκτρόνιο για να δημιουργήσει ένα σταθερό ισότοπο αζώτου, με επτά πρωτόνια και επτά νετρόνια. Εδώ, λοιπόν, υπήρχε μια άλλη σύνδεση με τον Αϊνστάιν:ο Ισαάκ Νεύτων, του οποίου οι νόμοι της φυσικής έδειξε ότι ο Αϊνστάιν δεν ήταν ολοκληρωμένοι, είχε εμμονή με τη μεταστοιχείωση στοιχείων (μέρος της αρχαίας παράδοσης της αλχημείας) και διατηρούσε μια από τις μεγαλύτερες αλχημικές βιβλιοθήκες του την ώρα του.

Ο Στέργκλας είχε εργαστεί με τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν και είχε καταλήξει σε λύσεις στις εξισώσεις της που απεικόνιζαν σταθερές, σε τροχιά διαμορφώσεις ενός ηλεκτρονίου και του αντίστοιχου αντιύλης, του ποζιτρονίου. Ερμήνευσε αυτά τα ζεύγη σε τροχιά ως ισοδύναμα με πρωτόνια και νετρόνια. Σήμερα κατανοούμε ότι αυτά τα μοντέλα είναι δημιουργικά συναρπαστικά, αλλά και λανθασμένα (τα κουάρκ αποτελούν τα πρωτόνια και τα νετρόνια).

Ωστόσο, οδήγησε τον Sternglass σε μια κρίσιμη υπόθεση. Εάν τα νετρόνια και τα πρωτόνια είναι πράγματι πυρηνικά ξαδέρφια που διαφέρουν ως προς τη σύστασή τους κατά ένα μόνο ηλεκτρόνιο, όπως πρότεινε το μοντέλο του Sternglass, τότε θα μπορούσε να υπάρξει ένας οπισθόπορτος τρόπος να δημιουργηθούν νετρόνια από πρωτόνια και ηλεκτρόνια. Ο Αϊνστάιν, επίσης, πάλευε με τη φύση του ηλεκτρονίου, το οποίο αφήνει πίσω του μόλις δύο φωτόνια μετά τη σύγκρουσή του με το αντίστοιχο της αντιύλης, και όχι ένα κτηνώτιο σωματιδίων όπως αυτό που προκύπτει από μια σύγκρουση πρωτονίου-νετρονίου. Ήταν το ηλεκτρόνιο μια φυλή χωριστά;

Μέσα σε λίγα χρόνια, ο Sternglass θα συγκρούονταν ηλεκτρόνια με πρωτόνια σε ενέργειες πολύ χαμηλές για να θεωρηθεί ενδιαφέρον και θα ανέφερε μερικά εκπληκτικά αποτελέσματα στον μέντορά του στο Πρίνστον. Ο Αϊνστάιν, από την πλευρά του, είδε υπόσχεση στον νεαρό μηχανικό. Η συμβουλή του αποχωρισμού ήταν εκπληκτική:«Μην κάνεις αυτό που έχω κάνει», είπε ο Αϊνστάιν στον Sternglass. «Να διατηρείτε πάντα τη δουλειά του τσαγκάρη όπου μπορείτε να σηκώνεστε το πρωί και να αντιμετωπίζετε τον εαυτό σας ότι κάνετε κάτι χρήσιμο. Κανείς δεν μπορεί να είναι ιδιοφυΐα και να λύνει τα προβλήματα του σύμπαντος καθημερινά.»

Ο Στέργκλας άκουσε τη συμβουλή. Αντί να εγγραφεί σε ένα αμιγώς μεταπτυχιακό πρόγραμμα φυσικής, μπήκε στο Ph.D. πρόγραμμα στο νέο τμήμα Μηχανικής Φυσικής, στο προπτυχιακό του alma mater, στο Πανεπιστήμιο Cornell. Ο μεταπτυχιακός του σύμβουλος ήταν ένας βετεράνος του Manhattan Project, ο Phillip Morrison, ο οποίος μοιραζόταν ένα γραφείο με έναν άλλο βετεράνο βομβών, τον Richard Feynman. Ο Morrison είπε στον Sternglass ότι θα μπορούσε να εκτελέσει τα πειράματά του νετρονίων, εφόσον ο Sternglass εργαζόταν επίσης στο μάλλον πιο συμβατικό θέμα της δευτερογενούς εκπομπής ηλεκτρονίων. Ο Στέργκλας συμφώνησε.

Στις 19 Νοεμβρίου 1950, ο Στέργκλας έγραψε ένα γράμμα στον Αϊνστάιν λέγοντάς του για την τελευταία του δουλειά. Η επιστολή - σήμερα στα Αρχεία του Αϊνστάιν στην Ιερουσαλήμ - αποκαλύπτει έναν πρόθυμο νεαρό φυσικό που περίμενε ξεκάθαρα την κατάλληλη στιγμή για να επανασυνδεθεί με έναν ειδικό ανταποκριτή. «Είχα την τύχη να μπορέσω να λύσω το πρόβλημα δευτερογενών εκπομπών», έγραψε ο Sternglass. «Επειδή ήσουν από τους πρώτους που με ενθάρρυναν στην προσέγγισή μου, ένιωσα ότι ήθελα να σου πω πολύ σύντομα τι βρήκα». Έτσι συνεχίστηκε η αλληλογραφία μεταξύ πλοιάρχου και μαθητή.

Μόλις ο Sternglass είχε μια σταθερή βάση για το πρόβλημα της δευτερογενούς εκπομπής ηλεκτρονίων, έστρεψε την προσοχή του στις ιδέες για τα νετρόνια και τα ηλεκτρόνια που είχε συζητήσει με τον Αϊνστάιν. Και έγραψε στον μέντορά του μόλις είχε πειραματικά αποτελέσματα για τα οποία ένιωθε σίγουρος.

Σε μια επιστολή προς τον Αϊνστάιν με ημερομηνία 26 Αυγούστου 1951, ο Sternglass έγραψε:«Μπορεί να σας ενδιαφέρει να μάθετε ότι κατά τη διάρκεια των δύο τελευταίων μηνών, μπόρεσα να αποκτήσω πειραματικά στοιχεία για το σχηματισμό νετρονίων από πρωτόνια και ηλεκτρόνια στο εκκένωση υδρογόνου υψηλής τάσης."

Το πείραμα νετρονίων του Sternglass αποτελούνταν από έναν εκκενωμένο γυάλινο σωλήνα μήκους μικρότερου του ενός ποδιού γεμάτο με αέριο υδρογόνο. Πυροβόλησε ένα όπλο με ηλεκτρονικό όπλο, που δεν μοιάζει με αυτό που συναντάμε στις παλιές τηλεοράσεις με σωλήνα, μέσω του αερίου και σε λεπτά φύλλα ασημιού και ινδίου στο άκρο του σωλήνα. Δεν ήταν γνωστός τρόπος ότι μια δέσμη ηλεκτρονίων των ενεργειών που μελετούσε (περίπου 35.000 ηλεκτρονικά Volt) θα μπορούσε να έχει προκαλέσει οποιαδήποτε ραδιενέργεια στα φύλλα. Ωστόσο, ξανά και ξανά, αυτό παρατήρησε. Όταν έκανε ένα πείραμα ελέγχου με τη δέσμη να διέρχεται από κανονικό αέρα, τα φύλλα δεν έγιναν ραδιενεργά.

Η ραδιενεργή υπογραφή υποδηλώνει ότι τα δύο σταθερά ισότοπα που αποτελούν τον άργυρο (άργυρος-107 με 60 νετρόνια και ασήμι-109 με 62 νετρόνια) υφίστανται μεταστοιχείωση. Η προσθήκη ενός νετρονίου σε καθένα από αυτά θα παράγει ισότοπα αργύρου-108 και αργύρου-110, τα οποία είναι ασταθή. Όταν ο άργυρος-108 διασπάται, εκπέμπει ένα ηλεκτρόνιο (ή σωματίδιο βήτα) σε, κατά μέσο όρο, 2,3 λεπτά. Το άτομο που απομένει γίνεται το σταθερό ισότοπο κάδμιο-108. Το Silver-110 είναι πιο βραχύβιο, το βήτα διασπάται σε κάδμιο-110 σε μόλις 24 δευτερόλεπτα. «Πρέπει να περιμένω να παρατηρήσω μια αποσύνθεση που θα διαρκεί της τάξης των 3-4 λεπτών», έγραψε ο Στέργκλας στο τετράδιο του εργαστηρίου του. Αυτό ακριβώς είχε δει. Το ασημένιο φύλλο του λειτουργούσε ακριβώς σαν να είχε βομβαρδιστεί από νετρόνια χαμηλής ενέργειας.

Αλλά αυτό έπεσε μπροστά στα συμβατικά μοντέλα σωματιδιακής και πυρηνικής φυσικής. Οι δέσμες ηλεκτρονίων μπορεί να κοιτάξουν τα άτομα αργύρου σε ένα μεταλλικό φύλλο. Μπορούν, όπως είχε μελετήσει ο ίδιος ο Στέρνγκλας, να βγάλουν άλλα ηλεκτρόνια από ένα άτομο αργύρου. Ωστόσο, τα ηλεκτρόνια στον σωλήνα του Sternglass, που προωθούνται με μόλις 35.000 Volt, κινούνταν πολύ αργά για να προκαλέσουν πυρηνικές αντιδράσεις. Ο Αϊνστάιν επεσήμανε στον Sternglass σε μια επιστολή που χρονολογείται μόλις τέσσερις ημέρες αργότερα, "Για να σχηματιστεί ένα νετρόνιο, χρειάζεται ένα ηλεκτρόνιο που έχει περάσει από 780.000 Volt."

Μια πηγή νετρονίων χαμηλής ενέργειας, ήξερε ο Sternglass, θα μπορούσε να έχει δραματικές επιπτώσεις. Το 1951, το κορυφαίο εργοστάσιο παραγωγής νετρονίων στον κόσμο ήταν ένα εργοστάσιο δισεκατομμυρίων δολαρίων στις εγκαταστάσεις της Επιτροπής Ατομικής Ενέργειας στο Χάνφορντ της Ουάσινγκτον. Αλλά η Sternglass φαινόταν να παράγει νετρόνια με μια πειραματική εγκατάσταση που κοστίζει μόλις χιλιάδες δολάρια. Μόλις παραχθούν, αυτά τα ελεύθερα νετρόνια θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως ένα είδος «φιλοσοφικής πέτρας». Θα μπορούσαν, για παράδειγμα, να δημιουργήσουν άτομα πλουτωνίου από ουράνιο. Στην πραγματικότητα θα μπορούσαν θεωρητικά να μετουσιώσουν οποιοδήποτε στοιχείο στο σύμπαν.

Η μεταστοιχείωση νετρονίων θα μπορούσε κατ' αρχήν να παράγει πολύτιμα μέταλλα - το άγριο όνειρο των μεσαιωνικών αλχημιστών. Αλλά το κόστος για να γίνει αυτό θα ήταν απαγορευτικό. Σήμερα, όμως, ένας διαφορετικός και πιο ελκυστικός στόχος παραπέμπει:η καθαρή ενέργεια. Το αποτέλεσμα μιας μεταστοιχείωσης θα ήταν συχνά ένα ασταθές άτομο, προορισμένο να αποσυντεθεί. Με αυτόν τον τρόπο, θα εκπέμπει ένα ενεργητικό ηλεκτρόνιο ή φωτόνιο. Εάν αυτό το ενεργειακό σωματίδιο μπορούσε να συλληφθεί, θα μπορούσε να μετατραπεί σε θερμότητα—και χρησιμοποιήσιμη ενέργεια.

Το 1951, ο Sternglass κατέγραψε μόνο προκαταρκτικές σκέψεις σχετικά με τις αιτήσεις για την προφανή ανακάλυψή του. «Αυτό που βρήκα [μπορεί] να έχει μεγάλο ενδιαφέρον», έγραψε ο Στέργκλας στο αδημοσίευτο τετράδιο του εργαστηρίου του. "Κάποιος θα είχε μια γελοία απλή διαδικασία σχηματισμού νετρονίων - η οποία θα μπορούσε ακόμη και να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές ατομικής ενέργειας."

Ό,τι κι αν είχε το μέλλον, ο Στέργκλας ήταν εκστατικός. Στα μισά της συλλογής δεδομένων της πρώτης νύχτας, κάλεσε τη σύζυγό του και τον καθηγητή φυσικής του Cornell που κατασκεύασε τον σωλήνα ακτίνων Χ του πειράματός του, τον Lyman Parratt. Μόλις έφτασε στο σπίτι, τηλεφώνησε επίσης στον Morrison, ο οποίος είπε ότι αμφέβαλλε ότι θα μπορούσαν να είχαν εμπλακεί νετρόνια χαμηλής ενέργειας. Έτσι, όλο τον υπόλοιπο Ιούλιο, ο Sternglass βελτίωσε το πείραμά του και συνέχισε να συλλέγει δεδομένα. Ανανέωσε το σύστημα αντλίας αερίου στον σωλήνα του, επανέλαβε μέρος του πειράματός του στον πυθμένα ενός αλατωρυχείου για να αποκλείσει τις κοσμικές ακτίνες και μελέτησε εναλλακτικές θεωρίες. Όλα έδειχναν τα νετρόνια. Η επιστημονική βιβλιογραφία, επίσης, φάνηκε να τον υποστηρίζει. J.J. Ο Thomson—βραβευμένος με Νόμπελ ανακάλυψε το ηλεκτρόνιο— είχε αναφέρει ένα παρόμοιο εύρημα το 1914. «Παρατήρησε μια ακτινοβολία που εκπέμπεται από πλατίνα», έγραψε ο Sternglass στο σημειωματάριό του, «… που τώρα πιστεύω ότι είναι εκπομπή βήτα υπό την επίδραση βομβαρδισμού νετρονίων !”

Το ενδιαφέρον για το αποτέλεσμα του Sternglass στο τμήμα φυσικής του Cornell ήταν ανάμεικτο με σκάνδαλο. Ένα μέλος της σχολής του είπε ότι είχε ακούσει φήμες ότι ο Στέργκλας πλαστογραφούσε τα δεδομένα του. Αργότερα το φθινόπωρο, ο Sternglass κατέγραψε άλλη μια αμβλεία ανταλλαγή. «Η συζήτηση με τον καθηγητή ––– χθες με έκανε να νιώσω μάλλον αναστατωμένος», έγραψε ο Στέργκλας. «Είπε ότι «ακόμη και αν υπήρχε κάποια επίδραση αισθητή στα δεδομένα μου, δεν θα τον ενδιέφερε.» … Και ότι υπήρχαν πολλά «queer πειράματα» στην ιστορία της φυσικής τα οποία κανείς δεν μπορούσε να εξηγήσει… Έκπληκτος Πιστεύω ότι αυτή ήταν σίγουρα μια περίεργη επιστημονική στάση», συνέχισε ο Στέργκλας.

Ο Αϊνστάιν, όμως, ήταν πιο στοχαστικός. Σε μία μόνο σύντομη παράγραφο σε μια επιστολή με ημερομηνία 30 Αυγούστου 1951, ο Αϊνστάιν έγραψε δύο προτάσεις που ήταν τόσο οξυδερκείς όσο οποιαδήποτε ιδέα είχε διατυπώσει στα μεταπολεμικά χρόνια του στο Πρίνστον. «Ίσως συμβαίνουν αντιδράσεις στις οποίες πολλαπλά ηλεκτρόνια μεταφέρουν ταυτόχρονα ενέργεια σε ένα πρωτόνιο», έγραψε ο Αϊνστάιν (η υπογράμμιση του). «Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία, αυτό είναι κάπως κατανοητό, αν και όχι πιθανό». Αυτό που είχε προτείνει ο Αϊνστάιν στον Στέργκλας αφορούσε σύνολα ηλεκτρονίων που συμπεριφέρονταν συλλογικά ως μία οντότητα με κοινά χαρακτηριστικά. Σκεφτείτε το σαν μια ομάδα παιδιών που μαζεύουν τα ρέστα τους για να αγοράσουν ένα ζαχαρωτό. Σήμερα τα πάντα, από υπεραγωγούς έως λέιζερ βασίζονται στη συλλογική συμπεριφορά των ηλεκτρονίων, αλλά στη δεκαετία του 1950 αυτό ήταν σε μεγάλο βαθμό μια μακρινή και θεωρητική προοπτική.

Ο Αϊνστάιν είχε κάνει ένα χαρακτηριστικά λαμπρό άλμα. Αλλά ούτε αυτός, ούτε ο Sternglass, ούτε οι σύγχρονοι του είχαν ούτε την τεχνολογία ούτε το θεωρητικό πλαίσιο για να κατανοήσουν τα δεδομένα του Sternglass. Ούτε τα στοιχεία του, ούτε η υπόθεση του Αϊνστάιν, δημοσιεύτηκαν. Το Sternglass είχε ήδη ένα θέμα διατριβής:δευτερογενής εκπομπή ηλεκτρονίων, ένα θέμα που δεν αναστατώνει. Όπως το περιγράφει ο Sternglass στο Before the Big Bang , έκανε ξανά το πείραμά του για τη δημιουργία νετρονίων εννέα χρόνια αργότερα, όταν εργαζόταν στα Ερευνητικά Εργαστήρια Westinghouse. Μέχρι τότε, όμως, ο Αϊνστάιν είχε πεθάνει. Και χρησιμοποιώντας τις εργαστηριακές εγκαταστάσεις του Westinghouse, ο Sternglass δεν μπορούσε να αναπαράγει τα δεδομένα του Cornell (αν και αξίζει να σημειωθεί ότι ένας συνάδελφός του στο Naval Ordnance Laboratory είχε τη δυνατότητα να αναπαράγει τα δεδομένα του το 1953). «Μέχρι σήμερα, το πώς ακριβώς μπορούν να σχηματιστούν νετρόνια με πολύ χαμηλότερες ενέργειες από τις αναμενόμενες στο περίπλοκο περιβάλλον ενός σωλήνα εκκένωσης αερίου παραμένει ένα μυστήριο», καταλήγει ο Sternglass στο βιβλίο του το 1997.

Αυτό θα μπορούσε να ήταν το τέλος της ιστορίας. Όμως, σε μια απροσδόκητη σύγκλιση, μια εντελώς ανεξάρτητη γραμμή έρευνας που ξεκίνησε πριν από 25 χρόνια έχει αναστήσει το ενδιαφέρον για τα νετρόνια χαμηλής ενέργειας του Sternglass. Το 1989, δύο χημικοί στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα προκάλεσαν παγκόσμια θύελλα στα μέσα ενημέρωσης όταν ανακοίνωσαν σε συνέντευξη Τύπου ότι είχαν εφεύρει μια μέθοδο πυροδότησης πυρηνικής σύντηξης σε μια απλή, επιτραπέζια συσκευή. Οι Stanley Pons και Martin Fleischmann είχαν διαπιστώσει ότι το ηλεκτρικό ρεύμα που διέρχεται από ένα ειδικά προετοιμασμένο ηλεκτρόδιο παλλαδίου βυθισμένο σε βαρύ νερό παρήγαγε άφθονες ποσότητες θερμότητας, περισσότερο από ό,τι θα περίμενε κανείς από μια χημική αντίδραση. «Cold fusion», φώναξαν οι τίτλοι.

Αλλά οι φυσικοί απάντησαν τότε όπως και σήμερα:Η ψυχρή σύντηξη δεν είναι απλώς μια αρχή. Δεν υπήρχε ραδιενέργεια, ακτίνες γάμμα ή νετρόνια υψηλής ενέργειας που αναμένεται να συνοδεύουν μια αντίδραση σύντηξης. Τι θα μπορούσε, λοιπόν, να εξηγήσει τα δεδομένα; Καθώς η ψυχρή σύντηξη έγινε πεδίο παρίας, μερικά έκαναν τη σύνδεση με νετρόνια χαμηλής ενέργειας. Τον Μάιο του 1989, μόλις ένα μήνα αφότου οι Pons και Fleischmann δημοσίευσαν τα δεδομένα τους, κάποιος με το όνομα Larry A. Hull έγραψε μια επιστολή στον εκδότη του Chemical &Engineering News υποθέτοντας ότι μπορεί να παρατήρησαν όχι σύντηξη αλλά μεταστοιχείωση, που προκλήθηκε από τα ίδια νετρόνια χαμηλής ενέργειας που είχε ισχυριστεί ότι παρατηρούσε ο Sternglass.

Αυτή η ερμηνεία βρισκόταν στην περιφέρεια της ερευνητικής κοινότητας ψυχρής σύντηξης (η οποία ήταν η ίδια στην περιφέρεια της ευρύτερης επιστημονικής κοινότητας) για περισσότερο από μια δεκαετία. Ήταν μόλις το 2006, με τη δημοσίευση μιας εργασίας ορόσημο στο European Journal of Physics C , ότι οι μεταστοιχίσεις που προκαλούνται από νετρόνια, ως κάτι διαφορετικό από την ψυχρή σύντηξη, άρχισαν να αναδύονται ως βιώσιμη θεωρία. Το έγγραφο προβλέπει ότι τα ηλεκτρόνια σε μια μεταλλική επιφάνεια επικαλυμμένη με άτομα υδρογόνου, δευτερίου ή τριτίου μπορούν να συμπεριφέρονται συλλογικά (όπως είχε προβλέψει ο Αϊνστάιν) όταν οδηγούνται από ένα ταλαντούμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο σε μια συγκεκριμένη συχνότητα. Αυτή η συλλογική συμπεριφορά μπορεί να τους δώσει αρκετή ενέργεια για να συνδυαστούν με το υδρογόνο, το δευτέριο ή το τρίτιο για να δημιουργήσουν νετρόνια.

Η εφημερίδα συνεχίζει λέγοντας ότι τα νετρόνια που προκύπτουν ταξιδεύουν πολύ αργά - αρκετά αργά, στην πραγματικότητα, ώστε να καταβροχθιστούν από ένα κοντινό άτομο πριν καν μπορέσουν να φύγουν από τη μικροσκοπική γειτονιά της γενέτειράς τους. Στη συνέχεια, το άτομο γίνεται ασταθές και μπορεί να εκτοξεύσει ραδιενεργά υποπροϊόντα διάσπασης όπως μια ακτίνα γάμμα ή ένα ενεργητικό ηλεκτρόνιο. Μια ξεχωριστή εργασία από τους ίδιους συγγραφείς υπολογίζει ότι οι μικροσκοπικές επιφάνειες ηλεκτροδίων, όπως αυτές που τείνουν να παράγουν νετρόνια χαμηλής ενέργειας, είναι αποτελεσματικοί απορροφητές ραδιενεργών ακτίνων γάμμα. Έτσι η ραδιενεργή αποσύνθεση μπορεί να μετατραπεί σε ένα λουτρό αβλαβούς θερμότητας. Και φυσικά η θερμική ενέργεια μπορεί εύκολα να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια.

Η παραπάνω εικόνα δεν περιλαμβάνει σύντηξη, η οποία θα απαιτούσε φλογερές ενέργειες στην κλίμακα της λεγόμενης «ισχυρής δύναμης» που συγκρατεί τα νετρόνια και τα πρωτόνια. Αντίθετα, απαιτεί χαμηλότερες ενέργειες στην κλίμακα της ασθενούς πυρηνικής δύναμης, η οποία μεσολαβεί στη σύλληψη ενός ηλεκτρονίου από ένα πρωτόνιο.

Οι συγγραφείς των εργασιών —ο καθηγητής φυσικής του Πανεπιστημίου Northeastern, Allan Widom και ο σύμβουλος της ενεργειακής βιομηχανίας με έδρα το Σικάγο, Lewis Larsen — ανέπτυξαν τις ιδέες τους ανεξάρτητα από το αδημοσίευτο έργο Stern-glas-Einstein. Παρόλο που τόσο ο Widom όσο και ο Larsen απέρριψαν αιτήματα συνέντευξης για αυτήν την ιστορία, και οι δύο έχουν σημειώσει χωριστά ότι μόνο μετά τη δημοσίευση της εργασίας τους συνάντησαν το έργο του Sternglass και την ερμηνεία του Einstein. «Αυτό που είναι πραγματικά συγκλονιστικό σε αυτό είναι ότι ο Αϊνστάιν απλώς κοίταξε στα δεδομένα του Sternglass και στη συνέχεια συνειδητοποίησε αμέσως ότι η παρατηρούμενη παραγωγή νετρονίων πρέπει να περιλαμβάνει κάποιου είδους συλλογικά αποτελέσματα πολλών σωμάτων με ηλεκτρόνια», γράφει ο Larsen.

Οι εργασίες Widom-Larsen σκιαγράφησαν αυτό που μπορεί να περιγραφεί μόνο ως μια μικρή αναγέννηση στην έρευνα για τις πυρηνικές αντιδράσεις χαμηλής ενέργειας (ο όρος «ψυχρή σύντηξη» έχει απορριφθεί). Τον Μάρτιο του 2012, ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικής Έρευνας (CERN), ο οποίος διαχειρίζεται τον πιο ισχυρό επιταχυντή σωματιδίων στον κόσμο, πραγματοποίησε το πρώτο του συνέδριο σχετικά με τα δεδομένα Pons-Fleischmann από το 1989. Τον Νοέμβριο του 2012, η ​​Αμερικανική Πυρηνική Εταιρεία διοργάνωσε μια πρώτη συνεδρία σχετικά με τις πυρηνικές αντιδράσεις χαμηλής ενέργειας στη χειμερινή τους συνάντηση στο Σαν Ντιέγκο. Και το Ερευνητικό Κέντρο Langley της NASA στο Hampton, Va., έχει επινοήσει μια σειρά πειραμάτων για να δοκιμάσει τη θεωρία Widom-Larsen.

Οι ερευνητές ξεκαθαρίζουν ότι υπάρχει ένας αυξανόμενος όγκος πειραματικών δεδομένων που συνάδει με τη θεωρία. Ο Francesco Celani, ερευνητής στο Ιταλικό Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής, περιέγραψε στο κοινό του στο CERN 20 πειράματα μετά τον Pons και τον Fleischmann, τα οποία έχουν επίσης δώσει ανεξήγητες ποσότητες θερμότητας - αν και ήταν μόνο σποραδικά επαναλαμβανόμενα. Ο Γιόγκεντρα Σριβαστάβα, καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Περούτζια στην Ιταλία, εξήγησε στο ίδιο συνέδριο ότι έχουν δημοσιευτεί εκατοντάδες εργασίες για λεπτά σύρματα που, όταν υπερφορτωθούν με ηλεκτρικό ρεύμα, εκρήγνυνται - και, σύμφωνα με ορισμένα πειράματα, παράγουν νετρόνια. Περιέγραψε πώς οποιαδήποτε πιθανή τεχνολογία βασισμένη στην παραγωγή νετρονίων χαμηλής ενέργειας θα ήταν η πρώτη εκμετάλλευση από την ανθρωπότητα της αδύναμης δύναμης, μιας από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης. Όπως το έθεσε ο Joseph Zawodny, ανώτερος ερευνητής στη NASA Langley, «Δεν μπορώ να φανταστώ ότι υπάρχει μια ολόκληρη δύναμη της φύσης εκεί έξω, μία από τις λίγες, που είναι βαρετή, αδιάφορη και δεν έχει καμία χρήση».

Στην ίδια συνάντηση της Αμερικανικής Πυρηνικής Εταιρείας Νοεμβρίου, ο Tadahiko Iwamura, από τη Mitsubishi Heavy Industries στην Ιαπωνία, περιέγραψε τα πειράματα της Mitsubishi σχετικά με τη μεταστοιχείωση που προκαλείται από νετρόνια. Ο Iwamura είπε ότι το εργαστήριό του παρακολούθησε ενώ το ραδιενεργό στοιχείο καίσιο μετατράπηκε σε ένα λιγότερο επιβλαβές βαρύτερο στοιχείο, το πρασεοδύμιο, όταν το δευτέριο αναγκάστηκε να ρέει δίπλα του. Το καίσιο βρίσκεται συνήθως στα πυρηνικά απόβλητα. Κατά τη διάρκεια της περιόδου ερωτήσεων και απαντήσεων, ο Iwamura εξέπληξε το κοινό με την παραδοχή ότι άλλοι επιστήμονες της Toyota είχαν επιβεβαιώσει ανεξάρτητα τα δεδομένα μεταστοιχείωσης της Mitsubishi.

Αλλά η έρευνα αντιμετωπίζει έναν ισχυρό αντίθετο άνεμο του κοινού και του επιστημονικού σκεπτικισμού. Αυτό οφείλεται εν μέρει στη συνεχιζόμενη δραστηριότητα μιας πολύ μεγαλύτερης ομάδας σημερινών ψυχρής σύντηξης, οι οποίοι απέτυχαν να προωθήσουν οποιαδήποτε αξιόπιστη θεωρία για την επιτραπέζια πυρηνική σύντηξη. «Η διάκριση μεταξύ της πραγματικής επιστήμης και της ψευδοεπιστήμης δεν είναι ακόμη ευρέως γνωστή», λέει ο Steven Krivit, συντάκτης των New Energy Times , ένα ενημερωτικό δελτίο αφιερωμένο στο υπόγειο επιστημονικό κίνημα που ξεκίνησε από τα πειράματα Pons-Fleischmann. Ακόμα και η NASA έχει πάρει το μερίδιό της. Το 2011, ο ιστότοπος παρακολούθησης NASA Watch δημοσίευσε μια είδηση ​​με τίτλο «Γιατί η NASA Langley σπαταλάει χρόνο στην έρευνα ψυχρής σύντηξης;»—ένας τίτλος που αγνοεί τη διάκριση μεταξύ (ισχυρής δύναμης) σύντηξης και (ασθενούς δύναμης) πυρηνικών αντιδράσεων χαμηλής ενέργειας .

Το πεδίο μαστίζεται επίσης από τη μεταβλητότητα των πειραματικών δεδομένων, λέει ο επικεφαλής επιστήμονας της NASA Langley, Dennis Bushnell. Η αδυναμία του Sternglass να αναπαράγει τα δεδομένα του Cornell στο Westinghouse ήταν μια πρώτη ματιά σε αυτό. Ο Bushnell επισημαίνει ότι σύμφωνα με τη θεωρία Widom-Larsen, η υποκίνηση ενός πρωτονίου να συλλάβει ένα ηλεκτρόνιο απαιτεί εξαιρετικά ισχυρά τοπικά ηλεκτρικά πεδία, έως και 100 δισεκατομμύρια βολτ ανά μέτρο. "Και υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να το πετύχετε αυτό", λέει ο Bushnell. «Ένας τρόπος είναι η αύξηση της τάσης. Ο άλλος τρόπος είναι να μειωθούν οι μετρητές». Εάν η μεταστοιχείωση όντως εξαρτάται από χαρακτηριστικά νανοκλίμακας όπως κόκκους σκόνης, ρωγμές ή ακαθαρσίες—χαρακτηριστικά με «μειωμένους μετρητές»—τότε οι πειραματιστές πρέπει να λύσουν τη δύσκολη πειραματική πρόκληση του ελέγχου των υλικών τους σε αυτές τις κλίμακες.

Ο Zawodny, ενώ καθιστά σαφές ότι η μεταστοιχείωση έχει μόνο μια προσωρινή υπόσχεση, λέει ότι οι εφαρμογές για την παραγωγή ενέργειας δεν μπορούν να αγνοηθούν. «Οι πυρηνικές αντιδράσεις χαμηλής ενέργειας εξακολουθούν να μην μπορούν να βράσουν ένα φλιτζάνι τσάι», λέει. «Αλλά αν αυτό έγινε με τον πιο βέλτιστο τρόπο και αυτό αντικατέστησε όλες τις μορφές παραγωγής ενέργειας, μιλάτε για 6 τρισεκατομμύρια δολάρια ή περισσότερα ανά έτος αγοράς», λέει. "Αν αυτό είναι πραγματικό, ο αντίκτυπος είναι τόσο τεράστιος και οι εφαρμογές στα τρέχοντα προβλήματά μας και η ικανότητα να τα επιλύσουμε γρήγορα είναι τόσο προφανείς που δεν μπορούμε να μην το κάνουμε."

Ο ερευνητής που συμφωνεί με τον Zawodny και σκοπεύει να συνεχίσει αυτήν την αμφιλεγόμενη αλλά δυνητικά σημαντική γραμμή έρευνας, θα εκτιμήσει τη συμβουλή αποχωρισμού του Αϊνστάιν προς τον Sternglass. Τον Μάρτιο του 1954, δεκατρείς μήνες πριν από το θάνατο του Αϊνστάιν, ο Στέργκλας έστειλε στον μέντορά του ένα αντίγραφο της τελευταίας του δημοσίευσης για τη δευτερογενή εκπομπή ηλεκτρονίων καθώς και μια κάρτα για τα 75α γενέθλιά του. Σε ποια θα ήταν η τελευταία του επιστολή προς τον Στέργκλας, ο Αϊνστάιν έστειλε ένα έντυπο ευχαριστήριο σημείωμα. Στο πίσω μέρος της κάρτας υπήρχε μια χειρόγραφη απάντηση που αποτελείται από δύο μόνο λέξεις.

«Να είσαι πεισματάρης», είπε ο Αϊνστάιν.

Ο Mark Anderson είναι δημοσιογράφος επιστήμης και τεχνολογίας που έχει γράψει για τα Discover, Technology Review, Scientific American, Science, Wired, IEEE Spectrum, New Scientist και Rolling Stone.

Οι επιστολές του Άλμπερτ Αϊνστάιν (γραμμένες στα γερμανικά) προς τον Έρνεστ Στέργκλας μεταφράστηκαν στα αγγλικά για αυτό το άρθρο από τον Χανς-Γιόχεν Τροστ. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη θεωρία Widom-Larsen και τις πυρηνικές αντιδράσεις χαμηλής ενέργειας, ανατρέξτε στο ενημερωτικό δελτίο New Energy Times.

Ευχαριστούμε τον Ephraim Fischbach για την εξειδίκευσή του στις τεχνικές πτυχές αυτού του άρθρου.

Αυτό το άρθρο εμφανίστηκε για πρώτη φορά στο διαδίκτυο στο τεύχος μας "Απόβλητα" τον Νοέμβριο του 2013.