人类实现核聚变了吗合集4篇

天文学家们相信，人类终能在地球邻近的星系中找到一个新的“地球”。如果有一天，这个目标实现了，人类又怎么能在有限的生命里，飞到距地球光年距离的目的地呢?《发现》杂志撰文介绍了科学家在星际旅行方面的最新进展。

美国宇航局计划10年后发射一个天文望远镜，名为“地球行星探测器”，在太阳系寻找一个新大陆。预测认为，观察大约150个邻近星系可能会找到一个类似地球的小型行星。

如果找到了新的“地球”，会出现什么样的情况呢?然而，要到新“地球”探险的难度可比到火星的难度多得多了。人们在黑夜中能看到的最亮的也是离地球最近的半人马座阿尔法恒星，其中可能存在类似地球的行星，但它离地球却有4.4光年之遥，比目前任何太空探测器所飞行的最长距离还要多3000倍。巨蟹55恒星中有3颗行星，它们组成了一个与太阳系类似的系统，但离地球却达到41光年远，比前者的距离还要多10倍。因此，要飞到一个能给人类居住的新“地球”，需要超快的航天器，它要比今年所有的航天器都要先进得多。

但美国宇航局喷气推进实验室的罗伯特·弗里斯比认为，这样的航天器从理论上说是可以制造的。目前，弗里斯正在研究5种可能使宇航员飞到半人马座阿尔法恒星只需要花费不到50年时间的推进技术。

原子火箭

俄罗斯物理学家齐奥尔科夫斯基发现，星际旅行最大障碍是：火箭的最大速率一般只有其发动机的喷气速率的两倍左右，发动机的喷气速率只能达到4.4公里/秒，因此单级火箭能达到的最大速率不到9公里/秒。以此速率，到达半人马座阿尔法恒星，将需要12万年。如果让一个宇航员花40年抵达目的地，火箭速率需要提高3000倍。如何才能达到这么快的速率，弗里斯比建议，使用核裂变、核聚变和反物质作为推进剂。

核裂变火箭

科学家制造了原子弹和核反应堆。当原子裂变时，所产生的“分裂碎片”速率达到光速的3%，即约每秒9000公里。美国人设计了一种概念型的“分裂碎片”反应堆，可以控制这些高速粒子，使火箭的速率能提高到约每秒1.8万公里，约光速的6%。

弗里斯比提议，把两个核裂变火箭叠加组成二级核裂变火箭，使其飞行速率达到光速的12%。再加上两极减速火箭，人类只需要大约50年的时间就能进入半人马座阿尔法恒星。为了使重量减少至最小，核裂变火箭应该使用能快速衰变的镅这样的燃料。镅并非自然界中存在的放射性元素，而是用人工核反应制造。据估算，飞到最近的恒星需要大约200吨镅，此外还要相当重量的辐射防护材料，使用核裂变火箭进行星际旅行变得不切实际。

核聚变火箭

与核裂变相反，核聚变是把原子结合在一起，从而获得能量。聚变反应堆能减少不必要的一些辐射，也容易获得燃料氘和氚，因为氘和氚在月球的表面和木星的大气中大量存在。在到另一个恒星的星际旅行之前，核聚变火箭完全可在太阳系内找一个地方补充燃料。

然而，科学家至今仍没有建造出一个可工作的核聚变反应堆。人们已经知道利用核聚变反应制造了氢弹，但却没有掌握该反应产生的能量控制技术。不过，一旦科学家掌握了核聚变技术，他们将能控制聚变反应产生的带电粒子，并让它们从一个磁场喷口喷出。这一过程能被应用于二级火箭，使其速率达到光速的12%。

反物质火箭

有一种方法可以以近100%的效率将物质转化为能量，也就是把物质与其镜像反物质相结合。物理学家已经制造了少量的反物质，欧洲核子研究中心最近就制造出了1百万个反氢原子。对星系旅行火箭来说，反物质将是重要的燃料。然而，想要获得星际旅行火箭所需要的大量反物质，是极其困难的事。

在反物质火箭中，等量的反氢原子和氢原子在燃烧室中混合，如果重量都是半磅(1磅约为453.592克)，两者结合湮灭时所产生能量将比10兆吨氢弹释放的能量还要大。采用与核裂变火箭类似的方法，用磁场把这些粒子束缚起来，能使其喷射速率达到光速的三分之一，使火箭的最高速率达到光速的66%。“这是迄今人类所能制造的最强功能的火箭。”

二级反物质火箭飞到半人马座阿尔法恒星花费大概41年，需要大约90万吨燃料。在更远距离的星际旅行中，四级(两级加速，两级减速)反物质火箭将更能显示出自己的优势。据弗里斯比计算，飞到巨蟹55恒星需要3800万吨反物质燃料，耗时130年。而采用聚变火箭，同样的航程则需400年。专家说，星际旅行需要更轻、更灵活和更快捷(接近光速)的推进系统。目前，这样的概念型系统有两种，一种不久将接受测试，而另一种则如同半人马座阿尔法恒星那样遥远。

原子火箭以外新的技术

激光帆船

弗里斯比说，激光帆技术是人类星际旅行最可行的技术。这一技术的理论是，正如帆船依靠风力漂洋过海，大功率激光束也能推动巨大“帆”的航天器在太空遨游。

工程师已经制造了一种简单的太空帆船，但它利用太阳光而非激光束。在几个月后，太空爱好者私人组织“行星协会”就计划从巴伦支海，利用俄罗斯潜艇发射人类历史上第一个太阳帆船“宇宙1号”。它重50磅，镀铝“帆”宽达100英尺，依靠太阳光升入更高的轨道。太阳帆船的好处是不用燃料，然而远离太阳后将无法继续前进。

而聚焦的激光束则不像太阳光那样随着距离增加而散射、减弱，它能将“帆船”推到半人马座阿尔法恒星甚至更远。弗里斯比设计了飞往巨蟹55恒星的方案，他采用600英里(1英里合1609米)宽的铝箔帆船，中间是宇航员舱。从地球轨道或月球表面上发射的高能激光将通过一面600英里宽的镜子聚焦，再推动帆船。但由于铝的熔点为660摄氏度，因此帆船还需要使用更轻、更有弹性的材料，比如铌(熔点为2477摄氏度)或钻石(在1799摄氏度时转化为石墨)。

可是，根据弗里斯比的估算，要到达巨蟹55恒星，激光器应该稳定地输出1.7亿亿瓦特，是地球上任何单位时刻所消耗能量总和的1200倍。面对如此巨大的需求，弗里斯比建议使用太阳能，靠特殊装置把它转变为聚焦、连续的高能光束。目前，美国物理学家已研制了一种能将光密度提高8.4万的系统。

弗里斯比计算说，激光帆船能在10年内飞行速率达到光速的一半。而如果采用直径为200英里的激光帆，人类可以在12年半的时间内抵达半人马座阿尔法恒星;采用600英里宽的激光帆，飞到巨蟹55恒星也只需86年。

聚变冲压式喷气发动机航天器

理想的航天器应该同时具有激光帆和原子火箭的优点，这样，宇航员能操纵它随意飞行，同时它还不需要燃料。物理学家提出聚变冲压式喷气发动机，它利用巨大磁铁形成了直径数万公里的磁漏斗，磁漏斗可以在星际旅行过程中收集氢，作为反应堆的燃料。没有燃料重量的拖累，航天器在聚变冲压式喷气发动机的推动下，能以接近光速的速度在星系中穿梭。但弗里斯比表示这一技术远未成熟。利用该技术的航天器在飞行速率不到光速的4%时，运行情况与聚变火箭相似。超过这个速率，航天器的磁漏斗才能收集足够的氢提供给反应堆，这种航天器飞到半人马座阿尔法恒星需要25年，飞到巨蟹55恒星需要90年。

人的问题

与技术问题一样麻烦。尽管人们已经知道如何让宇航员在太空站中保持健康，然而宇航员每次执行任务的时间一般只有几个月，并且有宇宙飞船从地球定期给他们送生活用品。而星际旅行常常花费数十年的时间，中间根本没有地方补充食物等生活必需品。

地球以有限的大气、水和耕地养活了60亿人。然而，人实际上只使用了大气、水和耕地这个系统的一个很小部分。在航天器里，就可以模拟制造这样的系统，也就是说，用适量的水、氧气和食物供人生存。但是，这些水、氧气和食物都必须以近100%的回收率一次又一次地循环。科学家把它称为封闭的循环。如此，人在太空中生存的条件就具备了。

食物

要保持食物持续供应，就需要有相应的粮食种植和收获。美国宇航局的专家认为，这不是特别难，问题在于它能多有效。目前，他们正在进行小麦和西红柿的相关实验。而研究表明，多数植物在高浓度的二氧化碳情况下长势喜人，二氧化碳可由宇航员呼出的气体提供。这些专家说，只需要合适的质量和电力，就可以不断地生产粮食了。

氧气

宇航员吸入氧气、呼出二氧化碳。二氧化碳能通过仪器从宇航员生活环境气体中分离出去;接着再用化学方法把它分离成两个氧原子和一个碳原子，从而获得二氧化碳中的氧。科学家打算不久之后在国际空间站中采用这样的氧气循环法。

水

一个封闭的水循环意味着把洗澡用的水、种粮食用的水、尿甚至汗都要回收。美国宇航局在地面隔离舱的实验，已经通过冷凝空气中的水蒸气、回收废水和尿成功地让水循环利用了90天。

引力

在失重状态下呆几个月后，宇航员就会患上骨质疏松症。在航天器上，可以有一个简单的方法模拟地球引力：让宇航员舱旋转，产生的向心力就相当于地球引力。

辐射屏蔽

每一艘航天器都将受到太阳风的影响，太阳风是从太阳表面高速喷射出来的离子粒子流。而在更深邃的太空中，航天器肯定还要受到宇宙射线等的辐射。这些都有可能杀死宇航员。裂变、聚变和反物质也同样产生辐射。诸如石墨之类的辐射屏蔽将是必需的。

垃圾保护层

星际中特别空旷，但太空垃圾却防不胜防。即使是一个以一半光速速率飞行的用显微镜才能瞧清楚的太空垃圾，也能给航天器带来灾难性的破坏。垃圾防护层是必须配备的。

心理

对星际旅行来说，宇航员需花费毕生的时间达到目的地，而且没有归程。有谁愿意充当这样的敢死队员呢?即使有，派孩子、派成年人，甚至派多少人执行任务，都会是问题。

更难的是，如果人与人之间产生矛盾怎么办?从目前经验来说，星际旅行的宇航员心理极容易出现问题。星际旅行的艰险和困难可想而知。但正如埃及人建造金字塔、哥伦布发现新大陆，这样的奇迹总会实现。弗里斯比说：“只要想到，人类就能做出让人惊奇的事。”星际旅行将成为人类历史上最昂贵的计划，也会是最不平凡的事业。

据外国媒体报道，空气中含有大约78%的氮气、21%的氧气和1%的氩气。在你的生活中，这种基本的生活混合物将被你吸入和呼出多达6亿次。迅速控制住你周围的气氛，好好感谢他们。

但是你有没有想过人类有可能吸入液体？科幻小说经常描绘这种可能性，其中最著名的是卡梅隆电影《深渊》中的情节，但这种想法真的可能实现吗？

事实上，这是可能的，而且已经实现了。

在进一步解释之前，让我们理解为什么我们不能呼吸普通的液体，如水和牛奶。原因与这些物质和空气之间的物理差异无关，主要是因为这些液体中没有足够的氧气。我们的肺会从空气中提取氧气，但这种液体含氧太少，无法从中提取足够的氧气。然而，也有一些液体可以吸收大量的氧气，就像海绵吸水一样。

对呼吸液的研究早在20世纪初就开始了，但是直到20世纪40年代的“曼哈顿计划”首次合成了四氟化碳，相关的研究才开始迅速发展。科学家们正在寻找一种能够抵抗铀化合物辐射的物质，结果，四氟化碳被意外发现。这种物质只由碳和铀组成。它不易发生化学反应，无色无味，不会对人体造成明显伤害。更重要的是，气体在其中的溶解度极高，它能比血液吸收更多的氧气和二氧化碳。

这让科学家认为，动物能吸入四氟化碳吗？在探索这种可能性的早期实验中，研究人员将老鼠和猫浸入四氟化碳中，发现它们可以顺利存活数周。然而，由于这种液体的长期呼吸，这些动物的肺已经受到损害。这可能是由于它们不能在四氟化碳中有效呼气，从而削弱了它们排出二氧化碳的能力。随后的研究发现，为了解决这些副作用，必须使用机械通气，即使用机器帮助动物吸入和呼出这种稠密的液体，以便二氧化碳能够及时排出体外。

人们从这些早期动物实验中学到了宝贵的一课。1989年，美国坦普尔大学医学院的医生认为，液体呼吸可以用来帮助患有严重呼吸窘迫的早产儿，而其他疗法无效吗？他们向三名婴儿的肺部注射了四氟化碳，婴儿的状况确实有所改善。然而，这三个婴儿最终都死了。

七年后，另一个团队使用改进的液体呼吸技术对13名早产儿尝试了四氟化碳液体通气疗法。这些早产儿还患有严重的呼吸窘迫症，存活的可能性很小。结果，液体呼吸改善了大多数婴儿的状况，可能是通过稳定肺泡和降低肺部表面张力。简而言之，早产儿的肺还没有准备好呼吸气体，四氟化碳已经为他们搭建了一座连接羊水和外界空气的桥梁。最终，共有8名婴儿在4个月的随访治疗中存活下来。

此外，液体通气也在患有肺部疾病的成人患者中进行了成功的尝试。

现在我们已经知道人类可以呼吸四氟化碳，但问题是，我们为什么要这样做？除了稳定新生儿的肺部状况，我们在医学实验中没有发现任何其他明显的好处。也许液体呼吸可以帮助深度潜水者避免减压病或防止加速损伤宇航员的肺，但是四氟化碳并不适合这两种应用，所以科学家也需要发明一种新型液体介质。此外，液体循环应使用专用机械通风设备，以满足正常的氧气和二氧化碳交换。

在最后一次冰河时期，人类从西伯利亚东北部迁移到了美洲。通过分析古代和现代个体的基因组，研究人员揭示了生活在这些地区的人们的历史。

偏远的西伯利亚东北部曾经是古代人进入美洲的入口，但现在这里居住着不同文化背景和不同语言的群体。在晚更新世(126，000年前到11，700年前的冰河时代)，西伯利亚的这个地区与北美相连，陆桥和邻近地区形成了一个叫“贝林盖”的地区。狩猎采集者似乎已经跨越了。人们认为人类在30，000到15，000年前迁移到这里。通过古气候模拟和遗传数据分析，西科拉等人认为，至少有一些古代北西伯利亚人在LGM期间迁移到了白令桥南部，他们是美洲第一批定居者(有时也称为“第一批人类”)和大约同时出现的另一个群体的共同祖先——作者称这个群体为“古代古西伯利亚人”。东亚人贡献了75%的DNA给古代西伯利亚，63%的DNA给第一批人类。因此，这两个后代在地理上有所不同。作为回应，作者认为它们在大约24，000年前开始分离。

1–3]西伯利亚的广袤土地，进入了白令陆桥，期间以猛犸象等巨型动物和其它动物为生。Sikora团队[4]和Flegontov团队[5]在《自然》发表的两篇最新论文，考察了西伯利亚东北部和北美北部的古代人群的基因足迹，以期揭示他们与现代人群的关系。Sikora团队还考察了在过去的4万年中，这些人群如何受到了气候变化的影响。

Sikora等人对古代西伯利亚东北部的34人的基因组进行了分析。其中两人被埋在俄罗斯的Yana RHS——一个已有3.16万年历史的考古遗址，拥有来自西伯利亚东北的最早人类遗骸；其它个体则来自9800年前至600年前。迄今为止，Yana的个体信息可以说是末次盛冰期（LGM，约2.65万-1.9万年前）前，从西伯利亚东北部采集到的唯一的基因组数据——不过有证据显示，人类早在4.5万年前就占据了西伯利亚中部[6]。

正是因为LGM前的欧亚人基因组数据非常有限，这也为认识当时的人群差异情况带来了挑战。Sikora等人的分析支持这样一种观点，即这些人群分布广泛，且很有规律（不同人群之间存在遗传学差异）。作者还指出，Yana人属于一支研究小组称之为“古代北西伯利亚人”（Ancient North Siberians ，ANS）的群体，这一群体在3.8万年前从西欧亚人中分离出来，此前不久西欧亚人也刚与东亚人分离。

欧亚和北美之间的大陆桥从3.4万年前一直存在至1.1万年前[3

古代人类穿越白令大陆桥的迁徙图。在最后一次冰河时期，一个叫做白令大陆桥的地区连接了西伯利亚和美洲。在照片中，白令陆桥是叠加在现代西伯利亚和北美的浅蓝色部分。西科拉等人，而其他人口仍留在北方-弗莱根托夫等人把他们的研究集中在这些人口的后期历史。更具体地说，作者考察了考古学家定义为不同文化的人群之间的关系，例如大约5000年前穿越美国北极的古爱斯基摩人和800年前在扩散过程中可能取代古爱斯基摩人的新爱斯基摩人。研究人员还研究了这些古代人口和讲爱斯基摩-阿留申语、纳丁语和其他语言的现代人口之间的亲缘关系。

古代人口从西伯利亚东北部向外迁移，越过了美洲的北极。Flegontov等人？白令岛大桥避难所的人群也有这种起源吗？最后，在西伯利亚东北部和遥远的北美，环境变化、人类迁徙以及文化和基因适应之间发生了什么样的相互作用和影响？这两项最新研究将为我们探索白令海峡周围的古代人类指明道路。

参考:

1.nogués–布拉沃，d .，罗德里格斯，j .，霍塔尔，j .，巴特拉，P. & Araújo，M. B. PLoS Biol。6，e79 (2008)。

2.皮图尔科，v .，帕夫洛娃，E. &尼科尔斯基，p .卡特。Sci。版本165，127–148(2017)。

3.霍菲克，J. F .，埃利亚斯，S. A .，奥鲁克，D. H .，斯科特，G. R. &毕格罗，N. H .伊沃。25，64–78(2016)。

4.西科拉，m .等人，自然570，182–188(2019)

5.Flegontov，P. et al. Nature570，236–240(2019)。

6.《科学》351，260-263(2016)。

7.胡，等。自然地理。3，118–121(2010)。

8.比图科，V. V. &尼科尔斯基，P. A .世界考古。44，21–42(2012)。

9.法根德斯，新泽西州，等。嗯。Genet.82，583–592(2008)。

10.戈贝尔，t .，沃特斯，M. R. & ORourke，D. H. Science319，1497–1502(2008)。

11.Raghavan，M. et al. Science345，1255832 (2014)。

12.塔姆，E. et al. PloS ONE2，e829 (2007)。

13.Raghavan，M. et al. Science349，aab3884 (2015)。

14.斯克格隆，p .等，《自然》525，104–108(2015)。

这篇名为《第一批到达北西伯利亚和美洲的人类的血统》的原创文章发表在2019年6月5日的《自然》新闻和观点栏目。

自然

自然| doi:10.1038/d 41586-019-01375

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最初的标题:在最终定居美国之前，祖先们穿过白令桥多少次？

德国，一次性包装垃圾。

最早实现再利用的是一次性包装垃圾

德国是西方最早实施循环经济立法的发达国家，也是最成功的国家之一。

1972年，原西德政府制定了《废物处理法》，拉开了循环经济立法的序幕。1991年6月，德国颁布实施了《废物分类包装条例》，旨在减少包装废物的产生。对于不可避免的一次性包装废物，规定必须使用或回收。

1996年10月，《循环经济与废物处理法》颁布实施，德国循环经济总纲确立，要求所有资源尽量减少用量。回收产品包括：除包装废弃物外，还包括废汽车、废电子设备和电子设备、废电池、生物废弃物、建筑、废地毯、纺织品、废木柴等。此后，出台了《废车限制条例》、《废电池条例》等专项产品实施条例，逐步完善本法。

2000年，《可再生能源法》正式实施，根据本法从事可再生能源的企业可以获得政府经济补贴，进一步促进可再生资源的开发利用。

人类废物的处理和利用历史悠久。早在春秋战国时期，中国人民就建厕所积肥。印度等亚洲国家自古以来就有利用粪便和垃圾堆肥的习俗。早在公元前3000~公元前1000年，在古希腊米诺斯文明时期，就有人用埋坑覆土的方法处理垃圾。18世纪，苏格兰大城市爱丁堡就有垃圾收集、分类、销售和再利用的记录。

14世纪，欧洲城市没有统一的垃圾处理方法，人们缺乏卫生意识。当时，街道上堆满了垃圾和污水，食物可能就在垃圾旁边。堆积的垃圾堵塞了下水道，污染了水源，为病毒的大规模传播提供了温床。

佛罗伦萨被黑死病席卷

1347年至1353年，被称为黑死病的鼠疫大规模爆发，全球5%的人死于瘟疫。由于黑死病死亡人数过多，没有地方埋葬，当时人们把尸体的头骨放在教堂里，建成人骨教堂，位于捷克、葡萄牙等国家。

当垃圾不能得到有效处理，威胁到社会发展时，人类就开始自力更生，主动处理。丢弃和集中填埋已成为古人处理垃圾的两种主要方式。