《流浪地球》的火石是什么做的？——关于重元素聚变的一点遐想
注： 本文含轻微剧透。
虽然我上周六才看了《流浪地球》，但早至初六、初七便在网上看到很多人对于《流浪地球》情节的可行性分析。其中有一点虽然没有引起最多的讨论，却是整个情节的基础，那就是：重元素聚变是否真的可行？有个段子是说，可控核聚变永远需要30年才能实现（一说50年），就是说1950年的时候人们说还需要30年，现在还说需要30年，永远可以望到却永远摸不到。而这还只是最容易发生的氘氚聚变，启动温度是三千万度，如果像《流浪地球》里面那样聚变氧（氧在岩石里较丰富的元素中最容易聚变）的话，需要高达至少15亿度的启动温度[1]。如果三千万度的可控聚变需要30年才能研发出来，15亿度又需要多少年呢？
作为一名硬科幻迷，同时也是大刘的粉丝，我是从内心深处希望有一种办法能在咱们的有生之年实现可控核聚变的。于是看完电影以后我一直在想，未来有没有一种办法能在低得多的温度下，比如几十万度，甚至室温下就能实现核聚变呢？
答案，也许就藏在那颗不惜冻死人也要一直供电的火石里面。
为什么火石需要一直供电？
我看到网上有一些人把火石看作是电影的一个硬伤（例如[2]），因为在聚变的高温下所有化学结构早已分崩离析，核燃料是以自由的原子核的形式发生聚变的，如果火石可以作为发动机的燃料的话，任何和火石元素组成相同的石头都可以，比如发动机要是聚变氧，随便挖一块石头，里面硅酸盐、硅铝酸盐什么的有一小半都是氧元素，扔进发动机都一样变成氧原子核和8个电子在飞速地乱跑。所以干嘛不就地取材刨石头，而是要费那么大劲千里迢迢地运火石呢？
为了把这个事情说圆，我们只能认为，其实火石只是一个用来点燃正常石头的“火柴”而已，就像氢弹里面要塞一个小型原子弹用来点燃聚变燃料一样。鉴于连原子弹也引发不了氧的聚变，而火石看起来又是一种耗材，这根“火柴”大概率是用到了目前我们所不知道或者极其罕见的物质，它具有比核裂变还要高的能量密度。但这仍然不能解释为什么火石必须一直插着电，把电一掐掉就永久报废了。一种可能性是，聚变是用一小块反物质引燃的，而反物质必须用电磁力悬浮在真空中储存。但如果火石里面装的真是反物质的话，掐掉电源之后反物质在重力作用下下落碰到底层外壳的正物质，应该原地爆炸才对，还是解释不通。
所以，我在这里的猜测是：火石里面装了一种密度非常大的物质，这种物质的量不多，所以可以用电磁力悬浮起来，就像尘埃可以被静电力吸起来一样，但一旦电力被切断，由于其密度非常大，这种物质就像一根针一样，透过火石的外壳直接渗下去，直到地心。于是，我们就永远地失去了它。
觉得这是天方夜谭？其实，这种物质已经被人类制造出来了，只是目前还不知道怎样让它长时间稳定存在下去。
夸克-胶子等离子体与奇异夸克团
2005年，美国Brookhaven国家实验室宣布他们通过让接近光速的金原子核对撞，得到了一种新的物质状态——夸克-胶子等离子体（Quark-gluon plasma）[3]。两个金原子核对撞产生的巨大能量让原子核的温度瞬间升高到了数万亿摄氏度，其中一部分能量按E=mc^2转化成质量，产生了无数对夸克和反夸克，使这个原子核的复合体变成了一个极其臃肿的液态粒子团[4]。然而这个粒子团非常不稳定，很快就分解成了普通的原子核。
虽然目前对夸克-胶子等离子体的了解还不太深入，但有一些理论认为，如果这一团粒子的尺寸大到一定程度的话，可能就变成了一个稳定存在的粒子团，类似一个原子序数特别大的原子核。不仅如此，继续用正常的原子核撞它，可以把它像滚雪球那样搞得越来越大，直到它与其被叫做是一个特大号的原子核，不如说是一个特小号的中子星了。这时，我们就可以给它起一个新的名字——奇异夸克团（Strangelet）[5]，因为其中不仅有组成一般原子核的上夸克和下夸克，还有相当多的奇异夸克。
我们知道，核聚变之所以难发生，是因为原子核都是带正电的，同性相斥，把两个原子核拉到一起，要消耗巨大的能量。可是如果聚变的一方是一块奇异夸克团呢？没有人见过奇异夸克团，但是理论预期奇异夸克团带的正电很少，当其尺寸足够大时甚至可能带负电[5]。如果真是这样的话，奇异夸克团非但不会排斥原子核，反倒会主动吸引原子核，我把一个奇异夸克团扔到一块石头里，它自己就把周围的各种原子核吸引过来，在它的表面上聚变了！
所以，只要我们制造出一个带负电的奇异夸克团，就可以不费吹灰之力把任何一块石头转化成能量，用来推进地球！具体而言，操作流程是这样的： 1. 制造一个奇异夸克团，用对撞机不断往上面添加粒子，直到它的电荷几乎要由正转负，但还有一点点正电，这样我们可以安全地运输它； 2. 把这个奇异夸克团放到火石里面，上面通负电，下面通正电，这样它就悬浮在火石的正中央了； 3. 把它运到行星发动机附近，小心地用电磁力把奇异夸克团取出，用对撞机再往上撞几个粒子，让它变成负电； 4. 投入足够多的石块，并用强大的电磁场阻止奇异夸克团离开聚变区域； 5. 行星发动机被点燃了！一部分的氧和硅在奇异夸克团的表面上聚变，释放出巨大的能量，驱使其他的氧原子和硅原子气化成高温等离子体喷出，为地球的星际航行提供强劲的动力。同时又由于聚变只能在奇异夸克团的表面上发生，反应控制起来非常容易，不像我们现在已知的氘-氚聚变一样，点燃之后一个火球扩散开来，要么凉了（放热不足以维持燃烧的进行），要么炸了（进入不可控的核聚变）。
让我们再检查一下这个设定是否符合我们一开始提出的假设：火石的有效成分很重，如果不通电会穿容器而过，直接沉入地心。夸克-胶子等离子体的密度与原子核相近[4]，约为3×10^17 kg/m^3，因此一块直径10 nm的夸克-胶子等离子体大约有0.15毫克。这听起来似乎不大，但是考虑到这么多重量压在100平方纳米的面积上，产生的压强有十几万个大气压，等同于在1平方厘米的面积上面压上3吨的重量。很难有物质能承受如此大的压强。但是另一方面，0.15毫克其实也就是一颗大一点的灰尘的质量，就像扫帚很容易带起一团一团的灰，用静电力稳定住这个奇异夸克团不下陷并不是困难的事情。
唯一的问题是，奇异夸克团怎么造？按已知的制造夸克-胶子等离子体的方法是行不通的，因为还没等第三个原子核进入反应区域，前两个原子核对撞得到的夸克-胶子等离子体已经分解了。一开始的那个小雪球，根本滚不大。
色荷：宇宙无敌橡皮筋
为了解决这个问题，让我们来研究一下夸克。
众所周知，原子核里的质子和中子都是由夸克构成的。但是严格说来，目前所有关于夸克存在的证据都是间接的：从没有任何一个人成功地把上图那个质子里的某个夸克单独拿出来过。比如说，我们把两个质子加速到很高的速度，撞到一起，试图把它们撞碎。结果呢？
（这里为了简化起见，我们只画了2个夸克。）我们给了这些夸克足够多的能量，它们之间的距离开始伸长。可是我们发现，不管把两个夸克拉得多远，它们之间的吸引力总是那么强，就像它们之间绑了一根橡皮筋一样。一直拉到某一个距离后发现，橡皮筋断了——可是断口处又长出了一对新的夸克和反夸克！等于说，这一对硬要被我们拆散的夸克，分别又找到了新欢，又成对了。我们永远也得不到单独的夸克。
事实上，当今物理学里的一个非常重要和基本的假说，就是所谓的“色禁闭”理论[7]。这里的“色”，也称“色荷”，指的是夸克的一种基本属性，它和电荷有一点类似，但是和电荷有两种（正和负）不同，色荷有3种。也正是因为这个原因才管它叫“色荷”，因为光的颜色刚好也可以由3种基本色（红、绿、蓝）混合而成，人们就借用了“色”这个比喻。所以上面质子的图里故意把夸克画成一个红、一个绿、一个蓝，并不是为了好看，而是为了体现它们的色荷。大体来讲，色荷也是同性相斥，异性相吸，比如质子里的红夸克-绿夸克、绿夸克-蓝夸克、蓝夸克-红夸克之间彼此都是吸引的。
这个色禁闭理论讲的是：只有那些所有夸克的颜色混合以后得到白色的粒子才能单独存在。换句话说，一个粒子里面红、绿、蓝夸克的数目必须相等[8]。为什么呢？之前提到了色荷之间异性相吸，实际上这还没有反应出夸克之间相互作用（强相互作用力）的最关键的本质——一旦夸克之间的距离超过一定值，吸引力就不随距离而变化了。比如，一个质子里的两个夸克，吸引力有10000 N，也就是相当于一吨的重力[9]；如果你把其中一个夸克放到月球上去，它们俩的吸引力还是10000 N[10]。所以当你把一对异色的夸克无限拉伸的时候，在夸克中间会积累起巨大的能量，直到这个能量足以再产生一对夸克把两者的颜色中和掉，于是根据能量最低原理，这对饱受折磨的夸克采取了能量较低的方式，把拉开的两个碎片都中和成了白色。这样的话，我们永远都得不到带颜色的粒子。
有没有看出上面这套逻辑的一个缺陷？如果我们拉得特别特别快，比如达到了光速，结果等到一个夸克反应过来的时候，另一个夸克已经远隔海角天涯了，这样我们是不是就得到了一个单独的、带颜色的夸克呢？没错，自然界曾经有一种比强相互作用力还要强无数倍的拉力，它叫做宇宙暴涨。
由于某种目前还不太清楚的机制，宇宙在刚刚诞生的10^(-32)秒内，陡然膨胀了10^26倍。这个膨胀速度甚至远远超过了光速，导致有些在暴涨时期失散的粒子直到今天都看不到对方，因为光子用137亿年都跑不过当年宇宙膨胀的速度[12]。那么，如果这些失散的粒子之中，有一些是夸克呢？
一旦暴涨的速度开始超过光速，图中的红、蓝夸克和绿夸克之间就不可能发生信息交换了。这样就出现了一个问题：之前那个拉橡皮筋的图里，同时出现一对夸克和反夸克的事情就发生不了了，因为谁也不知道对方打算什么时候中和自己的色荷。而在双方没有商量好的情况下，这两拨夸克又不能擅作主张，自己先中和自己的色荷，因为如果对方没有同时也这么做的话，整个宇宙的色荷就不守恒了。和电荷守恒一样，色荷守恒也是宇宙的一项基本定律。所以双方只能默默地互相踢皮球，一直活到今天[13]。
好的，现在假设我们的宇宙里有那么一个侥幸活到了今天的带颜色的粒子，比如就是上面故事里的绿夸克。如果我们把这个夸克放到另一个质子附近，会发生什么现象呢？
之前我们已经提到，强相互作用力的强度和距离无关。所以左边的绿夸克对红、蓝两个夸克的吸引力一点不比右边的绿夸克弱。于是，红夸克、蓝夸克就没有理由待在原配的绿夸克身边了，而是可以在两个绿夸克的连线上面随便漂了。换句话说，质子散架了。
紧接着，我们再往这个夸克附近放一些质子，或者干脆放几个比较大的原子核。每一个原子核在这个夸克的强相互作用力下，都不同程度地散架了，最后原子核之间不分彼此，汇成了一锅粥。
等等，这不就是夸克-胶子等离子体吗？
所以，只要我们有了一个夸克，我们就获得了一种不费吹灰之力合成夸克-胶子等离子体的方法！虽然目前物理学对于强相互作用力在很远的距离下的行为尚不够清楚，但可以肯定的是，以单独的夸克为基础来合成夸克-胶子等离子体，一定比不借助夸克、直接从原子核开始合成要容易，而且产物也会稳定得多。夸克-胶子等离子体之所以倾向于分解成普通的原子核，本质上还是因为夸克倾向于三个一组，变成质子或者中子。但是如果存在没配对的夸克的话，其他夸克采取三个一组的形式并不比和更多的夸克一起吃大锅饭更加有利，因为反正也会被那个单独的夸克的强相互作用力搞散架。所以可以预见，带有未配对夸克的（或者说，带有色荷的）夸克-胶子等离子体，势必较普通的夸克-胶子等离子体更加稳定，甚至很可能不管多小都能稳定存在。
现在，我们就有了一套制造火石的新方案： 1. 从自然界搜罗到一颗单独存在的夸克； 2. 把它转移到粒子加速器里，加速到足够高的速度，然后射到任何一块物质里。比如说，可以用一块铅或者铋，因为它们在稳定原子核里的原子量最高，有利于合成出比较大的夸克-胶子等离子体； 3. 把这块铅或者铋溶解在酸里，然后离心。因为夸克-胶子等离子体的密度很大，所以会沉在最底下。把上层液体去掉，再加水稀释，反复离心，最后就能把这一颗夸克-胶子等离子体提取出来； 4. 再把这一颗夸克-胶子等离子体放在粒子加速器里，继续去撞铅或者铋，这样它又长大了很多； 5. 重复第2~4步。等这颗夸克-胶子等离子体重到一定程度以后，就可以省去离心的步骤了，因为它会被地球重力拉着直接从铅块里面渗出来，我们在底下用一个静电场接着就可以了。等到它长到足够大，电荷几乎要由正转负的时候，还是老办法，放在火石的中心，用静电场托着。可以出厂了！
自由夸克：众里寻他千百度，蓦然回首，实验无法重复
现在我们的任务就变成了：如何找到最开始的那颗单独存在的夸克？其实办法很简单：用密立根油滴实验。
如果大家还记得高中物理课的话，可能会想起来曾经做过关于密立根油滴实验的题。这个实验的原理很简单，用一个喷壶喷出很多油滴，让这些油滴沉降到一个电场里。这时油滴会受到三种力的作用：重力，空气阻力，静电力。通过调节电场的强度，并观察油滴降落速度的变化，就可以解出油滴带有的电荷量。1909年密立根等人做了这个实验，发现所有油滴的电荷数都是同一个数的整数倍，借此测出了单位电荷（e）的值。
但是，如果有一个油滴里面包含了一个单独存在的夸克，情况就变得不同了。夸克的电荷是+2/3 e（上夸克）或-1/3 e（下夸克）。正常的物质里，夸克总是三个三个地出现，比如质子是两个上夸克加一个下夸克，中子是一个上夸克加两个下夸克，而三个夸克的电荷之和永远是一个整数。但是单独的夸克就可以表现出分数电荷。所以我们只需要准备足够多的油，夜以继日地做密立根油滴实验，直到在千千万万个整数电荷的油滴里，发现有一个油滴的电荷是2/3 e。好！把这个油滴小心翼翼地转移出来，用激光把油蒸发掉，只剩下几个油分子包裹着那个珍贵的夸克，然后用电磁力转移到加速器里，撞铅块去。完美！
大家看到这里可能会觉得，我是不是民科啊？密立根油滴实验证明电荷只能取单位电荷的整数倍，这么经典的、教科书级的结论，被无数人验证过，怎么可能还有反例？然而如果你去读密立根在1910年发的那篇论文[15]的话，就会看到密立根自己就发现了一个电荷是2/3 e的油滴[16]！可是那个年代没人知道什么叫夸克（夸克理论直到20世纪60年代才提出），所以密立根直接认为是自己搞错了，把这一组数据舍弃了，那个神秘的液滴也从此不知去向，大概是在擦洗仪器内壁的时候被涮到下水道里去了吧。
不仅如此，后来几乎所有的教科书都忽略了这一句隐藏在原始文献里的话，而是告诉我们，所有的电荷都是单位电荷e的整数倍；强相互作用力方面的书也告诉我们，夸克是不可能单独存在的，分数电荷是不可能单独存在的。在密立根之后很长的一段时间里，都没有人报道说测到了分数电荷，也许测到分数电荷的人都怀疑自己测错了，把数据舍弃了吧。
20世纪70年代末，斯坦福大学的一个叫做George S. LaRue的人可能是受到了夸克理论的启发，偏不信密立根的邪，把寻找分数电荷定成了自己的博士论文题目，并且在1981年成功抛出一枚重磅炸弹：观察到了14个带有分数电荷的事例[17]！和密立根不同，他用的是一种更为先进的测定方法——超导悬浮法：用金属铌制造一些非常小的球（每个的质量在0.1 mg以内），然后用液氦给它们降温，使它们变成超导体，然后加一个磁场，就可以让这些小球浮在半空中。接着，施加一个交变电场，通过观测小球的运动，就可以计算出它们所带的电荷。实验一共用了13个小球，平均每个小球测了3次（期间用放射性物质的射线改变了它们的电荷），结果发现有5次测出来小球的电荷是-1/3 e，9次是+1/3 e，剩下26次是0 e。
LaRue的这篇论文很快在物理界掀起了一阵“分数电荷热”。很快就有人通过计算推测，带有分数电荷的粒子与原子核的相互作用非常强[18]。之后甚至又有人提出，自由夸克与原子核结合以后，可以催化氢聚变成氦，并计算出这种核聚变的效率能够达到太阳的10^14到10^15倍之多[19]。有了这些振奋人心的结果以后，越来越多的人开始重复LaRue的实验，却怎么也重复不出来。自由夸克又一次开始和我们捉迷藏了。
这一阵分数电荷的热潮惊动了一位大佬，Martin L. Perl。这位Perl教授在1995年因为发现了一种新的基本粒子——τ粒子，而获得了诺贝尔物理奖。几乎是紧接着，他全身心地投入了分数电荷的搜寻之中。他用的实验装置在原理上和密立根基本相同，只不过他用摄像头代替了人眼，用计算机自动分析液滴降落的速度，这大规模地提高了实验的效率。1999年，在自动测定了4000万滴硅油以后，Perl教授终于找到了一滴带有+1/3 e电荷的油[20]——只可惜，这套全自动的实验装置不包括把分数电荷的油滴保存下来的功能。人类再一次与自由夸克失之交臂。
此后，Perl教授足足花了10年的时间，试图重复他当年看到的那个现象。为此，他专门去买了1969年落在墨西哥的一块陨石的碎片，磨成了粉，然后悬浮在油里做成了悬浊液。他的想法是：地球上的物质经过长年的风吹雨淋，带有分数电荷的杂质可能很多都流失掉了，而陨石长时间暴露在宇宙辐射下，更容易截获宇宙里的奇奇怪怪的粒子[21]。尽管如此，又是在分析了4000多万滴油以后，他仍然没有找到哪怕一滴带有分数电荷的油。2009年，Perl教授决定金盆洗手，不干了，并感叹：要想重复出他的那个发现，现有的仪器灵敏度必须提高100倍[22]！2014年，Perl教授带着他的无限遗憾，撒手人寰[23]。
科学的残忍之处就在于，只有相同的实验做出相同的结论才算是可重复的，如果几个不同的实验做出了相同的结论，但这几个实验本身却是不可重复的，那么科学界是不认的。其实现在想一想，也许单纯是因为带分数电荷的粒子太少了，分布太不均匀了，所以才导致了不可重复的结果？比如，密立根用的液体，会不会刚好被哪个宇宙射线粒子打到过？LaRue用的那些铌，会不会都来自于同一颗小行星坠落在地球上的残骸？只可惜，每一个发现分数电荷的人要么认为自己测错了，要么认为分数电荷是以一个固定比例存在于物质之中的，于是没有把任何含有分数电荷的样品保存下来，令人唏嘘。
火石工厂大揭秘
现在回到《流浪地球》的剧情上面。通过以上的讨论，现在基本可以把火石的整个制造流水线勾勒出来了： 1. 地球政府为了搜集到足够多的夸克，在全球各地建造了大量的密立根油滴实验基地，人们采集周围的石块，磨碎以后悬浮在油里，倒进一个又一个的油滴实验装置的喷雾器里。成百上千个同样的油滴实验装置摆满了严冬里的厂房。由于夸克在地球上的分布严重不均，人们不得不在全球各地兴建油滴实验基地，以减少实验基地附近恰好一个夸克都没有的风险。 2. 刚分离出的夸克，其有效成分也就是一个（或一小团，考虑到夸克可能附着在原子核上）粒子而已，极容易因操作不当而丢失。为了保险起见，必须就地把它做成夸克-胶子等离子体，让它获得一个相对较大的质量，从而不会轻易被外力扰动而漂移。这解释了两件事情： (1) 为什么宁可冒着夸克-胶子等离子体坠穿火石外壳，永远丢失的风险，也要先做成夸克-胶子等离子体再出厂：因为夸克本身更难运输 (2) 为什么火石不能就近储存在发动机下面的地下城：因为夸克的矿藏位置是不可预测的，必须广泛地在世界各地建造工厂来提取，而一旦提取出来就必须原地做成一颗火石。所以火石的长途运输问题是一定存在的，而只要火石的生产速度跟不上消耗速度，必然导致大部分发动机附近没有库存
可以看出，火石的制造技术完全是在可预见的未来就能够掌握的。Perl教授已经实现了单一仪器筛选近一亿滴油，而仪器本身的成本也不是特别高，如果国家肯投钱并且实现仪器的批量生产，搞个几千上万台应该不成问题，就像分离铀235的时候也相对比较容易就能造出成千上万台离心机一样。与此同时，生产夸克-胶子等离子体使用的重离子加速器也是成熟技术，虽然贵，但是只需要一台就够了。再者，夸克-胶子等离子体催化核聚变，也是很早就提出的一个猜测，并且理论上有一定的支撑证据。这么看来，《流浪地球》里的重元素聚变技术，还是有相当高的可行性的！
展望：把握自由夸克物理学的历史机遇，抓住自由夸克军备竞赛的主动权
以上提到的三位寻找分数电荷的实验者，无一例外是在美国进行的实验。据我所知，中国尚未有这方面的实验的报道，或即使有人做过此类实验，也尚未发现分数电荷。尽管我们对于自由夸克的物理性质知之甚少，但一旦以上提到的催化核聚变的设想被证明是切实可行的，自由夸克将一跃成为重要的国家战略资源。尤其是自由夸克的以下几个（尽管尚未严格证实但很有可能成立的）特点，使得我国开采和提取自由夸克的研究非常刻不容缓： 1. 不可再生性。只有宇宙暴涨能够提供足够多的能量，将夸克彼此完全拉开，所以宇宙早期产生了多少自由夸克，现在也就最多有那么多个，只可能少不可能多。而且提取过程一旦处理不当，将夸克转化成了密度极大的夸克-胶子等离子体却又没有提前用电磁场接住，这些自由夸克将直接沉入地心，永远失去被开采的可能。也就是说，将来美国每多采一个，我们能采到的就少一个，也许甚至会少两三个。 2. 分布的不均匀性。LaRue的13个铌球里面测出了14次分数电荷，Perl用8000万滴油却只测到了一个，虽然不可重复的实验的真实性存疑，但假设他们的实验装置和实验设计没有出问题的话，很显然能够得出“带有分数电荷的粒子在某些物质中分布较多，而在另一些物质中分布极少”的结论。自由夸克在物质中的分布规律尚且未被人类知晓，其地理分布则更加不为人所知，很可能也存在相当大的不均匀性。如果美国率先发现了自由夸克在全球的分布规律，将全球主要的自由夸克矿藏扫荡一空，那么留给我们的就只有分布密度极低的贫矿了。 3. 远程可操纵性。这是自由夸克的一个独一无二的特点：由于强相互作用力的强度不随距离衰减，美国只要提前提取出一些自由夸克，放在中国的大学和研究机构附近，就可以隔山打牛，干扰中国的研究。比如说，假如北京大学物理学院打算做密立根油滴实验，提取分数电荷粒子。美国得知这一情报后，提取出了一颗绿夸克，做成火石，运到了美国大使馆。
结果，北大做了一年也没做出个结果来。为什么呢？
美国提取出来了一个夸克，就知道全世界的夸克肯定和他们这颗是同色的，因为地球上任何的异色夸克之间肯定早就发生了那个橡皮筋扯断的反应，从而不再是自由的夸克了。那么，北大用的油里如果有自由夸克，也肯定是绿夸克，因此肯定和美国这颗是排斥的。如果北大那套实验装置的油壶是从西往东喷，那么这个夸克被强相互作用力往西边推，根本喷不出油壶嘴，测到的全都是整数电荷。
而如果北大的油壶是从东往西喷的，那么夸克虽然能喷出来，但是会直接粘在喷雾室和油嘴相对的那面的壁上，落不到电场区里面去，还是测不到。
假如油壶是朝其他方向喷的，也同样测不到，夸克会贴在油壶的侧面。北大的实验者们就像《三体》里被智子玩得团团转的人们一样，被美国的一颗火石完全锁死了重元素聚变的科技！
反过来，如果我们率先制造出火石呢？我们也可以在美国甚至包括欧洲的各大研究所和大学附近放一颗，锁死他们的科技，永远保持我们的优势！由此可以看出来，中国率先分离出第一颗自由夸克，是多么的重要！
未来，发展可控核聚变技术是必然趋势，也将是各大国科技竞争的热点领域。而夸克-胶子等离子体催化的核聚变，则为我们提供了一个弯道超车的绝佳机会。Perl课题组的研究已经在十年前陷入停滞，目前对于自由夸克的寻找处于低迷期，而这正是留给中国的一次契机。当然，在现实世界中，太阳不会那么早就变成红巨星，我们也不需要点燃数万台行星发动机将地球开出太阳系。但是，我们那些没有稳定供电的山村，那些因节能减排而被迫停产的工厂，还有这个宇宙里用化学燃料火箭一辈子也到达不了的远方，我们的太空梦……都需要可控核聚变来提供能源，让我们活得更好一些，走得更远一些。希望在这个世纪的后半叶，我们真的能看到轰鸣的重元素聚变发动机伫立在地球上，尤其是中国的大地上，只是周围不是零下80度的刺骨严寒，而是繁荣茂盛的春天。
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参考文献和注释
[1] Eid, M. F. El, B. S. Meyer, and L.‐S. The. "Evolution of Massive Stars Up to the End of Central Oxygen Burning." ApJ The Astrophysical Journal 611.1 (2004): 452-465.
[3] https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=110303
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Quark%E2%80%93gluon_plasma
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Strangelet
[6] https://en.wikipedia.org/wiki/Quark
[7] https://en.wikipedia.org/wiki/Color_confinement
[8] 实际上，一个夸克不仅可以取纯色，也可以取混合色，比如红+绿=黄，就有黄夸克，尽管一般管它叫“反蓝夸克”，以强调它可以和蓝夸克组成稳定的粒子。从这个意义上讲，“只有白色的粒子才能单独存在”反倒是比“一个粒子里面红、绿、蓝夸克的数目必须相等”更加精确的一个表述。
[9] https://en.wikipedia.org/wiki/Strong_interaction
[10] 严格来说，我们不知道这个吸引力不随距离变化的规律在如此大的距离下是否仍然成立。然而，色禁闭理论只需要它在相当于原子核尺寸这么小的距离下成立就足够了，因为两个带颜色的粒子根本拉不到宏观距离就早已变成了白色的粒子。
[11] https://en.wikipedia.org/wiki/Universe#/media/File:CMB_Timeline300_no_WMAP.jpg
[12] 这不全然是暴涨的原因，之后宇宙的慢速膨胀也起了很大作用。
[13] 因为宇宙的暴涨只花了10^(-32)秒，乘以光速后得知，在暴涨结束的时候，每个夸克只能感知到周围大约10^(-24)米范围内的其他夸克。在这么小的尺度下，夸克之间的相互作用可以忽略不计（专业的术语叫做“渐近自由”）。等到夸克能看到足够远的其他夸克（10^(-15)米），以至于能够发生那个拉断橡皮筋的反应的时候，时间已经过了10^(-23)秒，一开始在10^(-32)秒时失散的其他夸克早已不知所踪。
[14] https://en.wikipedia.org/wiki/Oil_drop_experiment
[15] Millikan, R. A. "XXII. A new modification of the cloud method of determining the elementary electrical charge and the most probable value of that charge" The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science 19:110 (1910): 209-228. https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/14786440208636795
[16] 准确地讲，密立根一开始用的是水和乙醇。后来因为水和乙醇在测定过程中会挥发，影响精度，所以才换成了油。这个分数电荷是在水或者乙醇的液滴中测得的，但是密立根没有写清楚是哪一种液体。从上下文判断，水的可能性较大些。
[17] LaRue, G. S. Phillips, J. D. Fairbank, W. M. "Observation of Fractional Charge of (1/3)e on Matter" Physical Review Letters 46 (1981): 967-970.
[18] Chapline, G. F. "Binding of fractional charges to nuclei" Physical Review D 25 (1982): 911-913.
[19] Boyd, R. N. Turner, R. E. Wiescher, M. Rybarcyk, L. "Nuclei with an Extra Quark, Stellar Burning, and the Solar Neutrino Problem" Physical Review Letters 51 (1983): 609-612.
[20] http://www.slac.stanford.edu/exp/mps/FCS/FCS_rslt.htm
[21] Kim, P. C. Lee, E. W. Lee, I. T. Perl, M. L. "Search for Fractional-Charge Particles in Meteoritic Material" Physical Review Letters 99 (2007): 161804.
[22] Perl, M. L. "Searches for Fractionally Charged Particles: What Should Be Done Next?" Nuclear Physics B (Proc. Suppl.) 189 (2009): 5-8.
[23] http://www.slac.stanford.edu/history/bios/perl_martin.shtml
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