A Gólem Csináljunk napot lombikban! A hidegfúzió esete
Egy eget rengető bejelentés 1989. március 23-án a University of Utah két vegyésze, Martin Fleischmann és Stanley Pons bejelenti a sajtónak, hogy felfedezte a hidegfúziót ez megfelel a Napban vagy hidrogénbombában lezajló folyamat laboratóriumi szintű, kontrollált megvalósításának
A kísérlet A kísérlet és kellékei viszonylag egyszerűek Egy tartály nehézvíz (amelyben hidrogén helyett annak nehezebb izotópja, deutérium található), palládiumelektród katódként, platinaelektród anódként, és egy kis só : lítium-deuteroxid vezetőként a folyadékba
A kísérlet Némi áram átvezetése a cellán hosszú időn keresztül állításuk szerint fúziót eredményezett! Azaz a nehézhidrogén-atomok héliummá egyesültek, s ezáltal energia szabadult fel, mint a Nap belsejében A fúzió jelei: felszabaduló hő, valamint nukleáris melléktermékek (neutron és trícium) keletkezése A bejelentés felkavarta a tudományos közösséget sokan (pl. egy csapat az MIT-n) azonnal nekifogtak a kísérlet megismétlésének (amely bár egyszerű, de a pontos részletek, mennyiségek ismerete nélkül nem nagyon volt várható siker)
Még egy bejelentés... Egy héten belül kikerült valahonnan egy pároldalas fénymásolt anyag, néhány szűkszavú részlettel Ezt a tudósok nagyfokú aktivizálódása követte, sokan próbálkoztak a kísérlet megismétlésével A média nagy szerepet játszott a fúzióláz táplálásában, folyamatosan közölte a kapott eredményeket, a mindenkori állást, amiről a tudósok lelkesen tájékoztatták A hír utáni héten meglepő módon kiderült, hogy párosunkéval egy időben volt még egy hidegfúziós felfedezés Utah-ban A Steven Jones fizikus vezette csoport (Brigham Young University) már 3 éve folytatott sikeres kísérletet a témában, ám ők csak neutronkibocsátást tapasztaltak
Fúzióláz Mindkét csapat adott le cikket a Nature-nek Megerősítő kísérletek sora következett: a Texas A&M University hőtermelést észlelt a Georgia Tech neutronkibocsátást pozitív eredmények érkeztek Magyarországról(!), Kelet- Európából, és széleskörűen a nemzetközi tudományos világból Az elsőbbségi harc jegyében P&F felfedezése előbb került a sajtóba, mint a szakfolyóiratokba Az Utah Egyetem szabadalmaztatta a felfedezést, Utah állam pedig 5 millió dollárral támogatta a kutatást, kilátásba helyezve további 25 szövetségi milliót. Még Bush elnököt is folyamatosan tudósították az aktuális helyzetről
Kétségek Majd eljött a kételkedés ideje: A megerősítő kísérletek pozitív eredményei közül több hibásnak bizonyult (műszerhibák miatt), másutt semmit sem láttak Pons és Fleischmann cikkét rejtélyes módon visszadobták a kongresszus 25 milliós támogatását elhalasztották A kritika az American Physical Society májusi találkozóján érte el a csúcspontját az MIT és a Cal Tech fizikusai hibásnak minősítették P&F eredményeit a hőtermelés és a neutronkibocsátás vonatkozásában is, és egyenesen dilettánsnak és inkompetensnek minősítették őket Ők maguk nem voltak ott, hogy védekezhessenek, a jelen lévő Steven Jones viszont elhatárolódott tőlük, és szintén elutasította az eredményüket Úgy tűnik, ez csak egy egyszerű tévedés története akár az, akár nem, érdemes megnéznünk közelebbről!
Előzmények Miért pont a palládium? Közismerten nagy a hidrogénfelszívó képessége Ha telítve van, kristályszerkezetében olyan nagyra nőhet a nyomás, amely esetleg leküzdheti a fúziót megakadályozó, magok közti Coulombtaszítást P&F előtt már próbálkoztak ezzel mások is Korábbi kísérletek A 20-as években Paneth és Peters berlini vegyészek próbálkoztak hasonló eljárással héliumot előállítani, a siker azonban elmaradt A következő években a svéd John Tandberg (Electrolux) vitte tovább az ötletet, először közönséges vízzel, majd az 1931-es felfedezése után deutériummal próbálkozott (ez már lényegében azonos volt az 1989-es kísérlettel), de a hélium előállítása szempontjából ez is kudarc maradt
Pons és Fleischmann Párosunk nem ismerte ezeket az előzményeket, amikor 1984-ben a kutatásba kezdtek Martin Fleischmann elismert angol elektrokémikus, aki hírhedten vonzódott a tudomány kockázatos határvidékei felé. Ennek köszönheti sok fontos felfedezését és Royal Society tagságát is (1986). Southamptonban dolgozott, majd 1983-ban (amikor Angliában csökkentek az egyetemi kutatási támogatások) Utahba távozott szabadúszó kutatónak Stanley Pons 1975-ben doktori tanulmányai alatt járt Southamptonban, ott ismerték meg egymást. 1983-ra már maga is termékeny, elismert tudós, akit szintén vonzott a kockázat Tisztában voltak azonban a vállalkozás rizikóival Saját 100.000 dollárjukkal vágtak bele a kísérletekbe Kevés tríciumra, esetleg valamennyi neutronra számítottak, de a keletkezett hő mértéke teljes meglepetés volt
A konkurens: Steven Jones Az 1989. márciusi bejelentés megértéséhez ismerni kell a másik Utah-beli csapat tevékenységét is Steven Jones 1982-ben végzett részecskegyorsítós kísérletei a lehetséges fúzió irányába mutattak, és felkeltették a tudóstársadalom figyelmét Általában figyelemmel kísérték munkáját, míg Pons és Fleischmann (vegyészként) ismeretlenek voltak a területen Jones ezt követően a magas nyomás fúziókeltő hatását vizsgálta hidrogénizotópok esetében A fordulópont 1985-ban következett be, amikor egy geofizikus felhívta figyelmét a vulkánok melletti magas nehézhélium-koncentrációra (He-3) Hipotézisük szerint ez a földben, deutériumot tartalmazó vízben lefolyó természetes hidegfúzió mellékterméke ezt próbálták laboratóriumi körülmények között megismételni Kerestek egy alkalmas katalizátort; különböző elektrolitcellák vizsgálata után hidrogénfelszívó képessége miatt a palládiumot választották 1986-ban a háttérsugárzásnál picit magasabb neutronszinteket mértek 1988-ra már magabiztosan állították a neutron keletkezését
Rivalizálás Jones 1988 szeptemberében szerzett csak tudomást a közeli csapat hasonló irányú munkájáról, amikor a páros egy pályázatának elbírálására kérték fel Az anyagi, szabadalmi és presztízsbeli tét miatt elkerülhetetlen volt a rivalizálás és a gyanakvás a két csoport között Felmerült az eredmények közös publikációjának lehetősége, az azonban megállapodások és szószegések sorozata után meghiúsult (a pontos részletek máig nem ismertek) 1989. elején P&F haladékot kért Jonestól (aki addig nem jön ki az eredményeivel), hogy megismételhessék a mérést Jones visszalépett egy márciusi konferenciától, de május 1-jén szándékozott előadni az eredményeit az American Physical Society-nek közös megegyezésként március 24-én terveztek beadni külön-külön egy cikket a Nature-nek, de márciusban a két csoport kapcsolata megszakadt. P&F attól tartott, hogy Jones fel tudja használni, vagy akár el is lophatja a pályázatuk anyagát
Rivalizálás A Journal of Electroanalytical Chemistry márciusban kért egy cikket Ponstól a legfrissebb munkájáról, aminek ő gyorsan eleget is tett (ami majd áprilisban jelenik meg később ez fog fénymásolatban keringeni, a megismétléshez szükséges technikai paraméterekkel) A Utah Egyetem vezetésének nyomása alatt P&F sajtótájékoztatót szervezett március 23-ra, egy nappal a megállapodott cikkleadási határidő elé. Fleischmann egy angol újságírónak adott fülese megjelenik 23-án reggel a Financial Timesban, ami az egész világ sajtóját odavonzza az eseményre A tájékoztatón a másik Utah csoportról nem esik szó A sajtótájékoztatóról és az előzetes cikkleadásról értesülő felháborodott Jones azonnal leadja cikkét a Nature-nek A teljes kommunikációs félreértést mutatja, hogy 24-én P&F megbízottja a jóval korábban megbeszélt helyen várja Jones cikkét a közös leadáshoz természetesen hiába
A vita A hidegfúzió körüli heves vitákhoz P&F eredményei vezettek, így azonban Jones szerényebb, más körülmények közt talán elfogadható eredményei is a vita áldozatául estek P&F-nak kémikusként nem volt reputációjuk a területen, ráadásul olyasmit állítottak, amit a legtöbb fizikus lehetetlennek tartott. A fúzióval foglalkozó kutatók meglehetősen szkeptikusan fogadták a bejelentést: Képzeld el, hogy sugárhajtású repülőket tervezel, amikor egyszer csak azt hallod a hírekben, hogy feltalálták az antigravitációs hajtóművet (Mallove, 1991) A fúzióval foglalkozó magfizikusok sok ilyen nagyszabású bejelentés gyors összeomlását látták már, ezért különösen gyanakvóak voltak Szélesebb körben azonban jóval nagyobb volt a fogékonyság A kémikusok szemében például egész más volt az olvasat: bíztató eredmény volt, ráadásul láthatólag nagyon egyszerűen megismételhető meg kell tehát ismételni, ellenőrizni kell az állításokat, és ha esetleg nem lenne jó, úgyis hamar fény derül mindenre
Az eredeti kísérlet A hő és a nukleáris termékek keletkezését kellett ellenőrizni A hőfelesleg mérése elvileg egyszerű: a cella be- és kimeneti energiamérlegét kell megmérni, valamint felbecsülni az összes olyan ismert kémiai reakciót, amely hőt termel Nem megy gyorsan: az energiaháztartást hosszabb ideig kell mérni, és az elektródák deutériummal való telítése is hónapokig tarthat Szeszélyesen változó eredmények mellett átlag 10-25% többlet hőt kaptak, amit nem tudtak kémiai reakcióknak tulajdonítani A fúzió legközvetlenebb bizonyítéka a hő és neutron közös kibocsátása lenne P&F első neutronmérése bíztató, de nagyon kezdetleges volt: egyetlen ponton, a cellától 50 m-re a háttérsugárzás háromszorosát kapták, de más adatot nem gyűjtöttek Egy másik módszer a kísérő gammasugárzás mérése lehetne az ez alapján mért neutronmennyiség azonban sokkal kevesebb volt a várhatónál További nyom volt az elektródokon talált a trícium, de az persze származhatott közvetlenül a nehézvízből is
A kísérlet ismétlései Számos próbálkozás követte a bejelentést A nehézségek egy része a részletek ismeretének hiányából származott Az információk visszatartásáért sokan vádolták P&F-t, ez azonban bevett gyakorlat (és indokolt is lehet) egy ilyen óriási gazdasági és tudományos tét esetében Ezen felül biztonsági okokból sem akarták közreadni a részleteket olcsó tríciumforrásként pl. jól jöhet nukleáris fegyverekhez is Végül csak elindult az informális információáramlás, és megkezdődött a kísérletek egyre pontosabb replikációja A legtöbb esetben negatív, néhány esetben pozitív eredménnyel A megismételhetőség problémájának klasszikus esetét figyelhetjük meg mindkét tábor meg tudta magyarázni a számára nem kedvező eseteket, hiszen mindig volt olyan egyedi paramétere a méréseknek, amit okolni lehetett
A kísérlet ismétlései Néhány pozitív eredmény nagy szerepet kapott Az egyik legfontosabb megerősítés a Stanford Egyetemről származott, ahol kontrollkísérletet is végeztek sima vízzel, és csak a nehézvizes cella esetében észleltek hőtermelést kifogva ezzel a szelet az egyik súlyos kritika vitorlájából P&F eljárásának egy másik sokat kritizált pontja a nyitott cella alkalmazása volt, amelyből esetleg kiszökhettek gázok egy texasi csapat zárt cellákkal is megerősítette a hőtermelést A negatív eredmények és a részükről érkező kritikák sem voltak kevésbé meggyőzőek A tekintélyes Cal Tech csoport pl. elemi hiba elkövetésével vádolta P&F-t, nevesül hogy az elektrolit felkeverésének hiánya miatt mértek rossz hőmérsékleteket Később kiderült, hogy a Cal Tech emberei (fénykép alapján) jóval nagyobb berendezést készítettek az eredeti, kisebb méretben pedig valóban nem volt szükség kevergetésre Sok más kritika is hasonlóan gyenge lábakon állt, ha közelebbről megnézték volna azokat a legtöbb fizikus azonban ezt nem tette meg A megismételhetőség problémája miatt egyik oldal sem győzhette volna meg ennyi idő alatt a tudományos közvéleményt pusztán a kísérletekkel kísérleti téren patthelyzet volt, egyre erősödő indulatokkal, ahol a tudatos csalás vádja is felmerült ezért kapott nagyobb szerepet az elmélet
Az elmélet nem rendül meg A kísérletek végig a fizikusok elméleti alapú szkepszisétől övezve zajlottak Természetesen elvégezték a lehetséges magfizikai folyamatok felülvizsgálatát, a hidegfúzió azonban továbbra is lehetetlenségnek tűnt Koonin és Naunberg foglalkozott a kérdéssel a legtöbbet számos korrekció után a korábbi eredményeknél tíz nagyságrenddel(!) nagyobb valószínűségeket kaptak, de továbbra is úgy látták, hogy a palládiumban kialakuló nyomás messze nem lehet elegendő a fúzióhoz Egy Nap méretű deutériummasszában egyetlen fúziós reakció menne végbe évente (Koonin) Lehet persze elmélkedni azon, hogy hogyan jöhet létre fúzió egy palládiumkatódban ahogyan azon is gondolkodhatnánk, hogyan viselkednének a malacok, ha szárnyuk lenne. Csakhogy nincsen szárnyuk (Koonin) Akadtak persze merészebb elméleti ötletek, amelyek lehetővé tettek volna egy ilyen jelenséget Például a Nobel-díjas Julian Schwinger is javasolt egy újfajta neutronmentes fúziós reakciót A kísérleti eredmények azonban ez esetben nem tudták megdönteni az elméletek bevett nézetét
Elmélet és hitelesség Tudományos vita esetén kulcsfontosságú a hitelesség P&F hihetetlen állításukkal kihívták maguk ellen a tudósközösséget azonban csak elektrokémikusként volt hitelük, fizikusként nem Egy magfizikus joggal érezhette magát fenyegetve az eredmény által hiszen az új jelenség az ő kutatási pénzét, presztízsét fenyegette ráadásul a kihívás igen váratlan és udvariatlan módon érkezett: a napi sajtón keresztül Ez persze nem jelenti azt, hogy pusztán előítéletből vagy önérdektől kifolyólag eleve elutasították volna az állítást (bár nyilván voltak sokan ilyenek is), hanem azt, hogy a támadóknak különösen erős ellenállással kellett szembenézniük minden kihívóra az vár, hogy megpróbálják kikezdeni az érveiket, és megkérdőjelezni a kompetenciájukat, hitelességüket P&F-ra is ez várt természetesen a leggyengébb ponton támadták őket
Elmélet és hitelesség A kísérlet gyenge pontja a neutronmérés volt a fizikusok többsége számára a neutronkibocsátás jelentette volna a fúzió legjobb bizonyítékát ez volt az a mérés, amit későn és a konkurenciától tartva kapkodva végzett el P&F és ez volt az a terület, ahol egyáltalán nem voltak jártasak Részecskefizikai méréseiket hamar komoly kritikák érték a nem megfelelő alakú görbe az MIT szakértői szerint nem lehetett valódi mért érték, hanem inkább valamiféle műszerhiba P&F a válasz során defenzívába került többen később az adatok kozmetikázásával is vádolták őket ez a vád nem tűnik túlságosan megalapozottnak, inkább csak az eset által keltett hullámok visszacsapásaként érdemes tekinteni Az American Physical Society már említett, az ügy szempontjából sorsdöntő ülésén a Cal Tech csoport negatív eredményei és kemény retorikája mellett ezek a kritikák bizonyultak döntőnek Pons és Fleischmann 1990 júliusában publikálták a végleges eredményeiket, ami már szinte kizárólag csak kalorimetriáról szólt, a nukleáris mérésekről szó sem esett csak a saját területükön tudtak megfelelően védekezni, a hőfelesleg mérése azonban önmagában kevés bizonyíték volt a hidegfúzió mellett
Konklúzió A hidegfúzió utáni hajszát sokan arra hozzák fel példaként, miszerint valami baj van a modern tudománnyal: a tudósok túl kevés megalapozással túl sokat állítanak, túl nagy nyilvánosság előtt Az eset patológiaként való bemutatása azonban félrevezető Pons és Fleischmann nem cselekedett másképp mohóság és nyilvánosság tekintetében, mint a legtöbb körültekintő kollégájuk, aki tisztában van potenciális felfedezésének tudományos és gazdasági vonzataival A szabadalmi titoktartás és a médiabeli csinnadratta a modern tudomány velejárója az itt tárgyalt eset ebből a szempontból nem kivételes, hanem inkább normálisnak tekinthető Lehet ezen keseregni, csak nem érdemes: ettől a tudományos gyakorlat nem fog megváltozni, és nem fogunk visszatérni egy valamiféle tudományos aranykorba, amikor minden tudós úriember volt, és az önmagáért való igazságot kutatta Inkább a tudományról alkotott képünket kell megváltoztatni, és elgondolkodni azon, mivel járhatnak ezek a folyamatok