能量的本质是什么？人类未来能否实现可控核聚变？

能量的本质就是力。能量是我们现代工业文明所面临的最重要的课题之一。我们从什么地方获得能量，我们用能量做什么，以及我们如何处理获取能量后产生的废物，这些对我们人类在地球

能量是我们现代工业文明所面临的最重要的课题之一。我们从什么地方获得能量，我们用能量做什么，以及我们如何处理获取能量后产生的废物，这些对我们人类在地球上的未来至关重要。然而，能量是物理学中最令人费解的物理量之一。下面就说下能量的本质，什么是能量的“圣杯”以及核聚变的未来！

能量的本质是什么?

任何学过物理入门课程的人都会遇到这个问题。我们得到的答案也是大多数物理学家所能给出的答案是：我们把能量定义为系统做功的能力。所以我们又去问功是什么？于是我们得到了循环的定义：做功是能量从一种形式到另一种形式的转化。这种解释让人发狂！

要知道不管是那个资料或者百科，都没有对能量做出一个很好的定义！但是我们虽然没有一个好的定义并不意味着我们不能量化、测试和间接地测量能量。

和牛顿一样，物理学家也没有能量的概念。但与牛顿不同的是，关于能源我们知道有以下几点:

我们知道所有的质量和物质都包含能量，我们已经明确的知道了质量和能量之间的数量关系。

我们知道如何去量化能量，

我们知道一个系统中储存了多少电能，化学能，热能，声能等等，

我们知道如何把能量从一种形式转换成另一种形式，

我们知道如何使用能量来做功，

我们认为能量永远不会被创造或毁灭，

我们可以生成、计算和衡量能量的各种形态。

以上就是我们关于能量所知道的事情。

我们能用能量做什么?

上文已经说了能量可以用来做功。如果你“推”一个物体，或者对一个物体施加了一个力，而这个物体同时朝力的方向发生了移动，那么恭喜你！你对这个物体正在做功！

无论你是在举重、骑自行车、开车还是涡轮机转动，都是在使用能量做功。这就是能量的作用。

原子核、分子键、万有引力、大质量物体的相对运动和电磁学都是物理能量的来源。核能、化石燃料、水电大坝、风能和太阳能都是这些能量来源的例子。

什么是能量的“圣杯”？

有些人梦想利用我们周围环境中的热能来满足我们的能源需求。但是只有当能量、热量或温度从一个地方到另一个地方存在差异时，才会发生能量传递，这种想法才会有用。而我们周围环境都处在同样的温度下，所以我们不能利用地球上的环境热量做任何事情，因为我们没有办法利用这些热量，或者以一种有效的方式让这些热量发生转移。

我们现在喜欢的是一种清洁、无污染、丰富和容易控制的能源。风能和太阳能是很好的选择，但是将风能或太阳能/热能转化为可用的能源，在过程中是有些昂贵和低效。所以在我看来，能量的“圣杯”就是下面这个！

核聚变不像我们现在使用的核能，将稀有的、具有放射性的重元素通过核裂变，释放能量并产生放射性废物。核聚变利用的是一些轻的、普通的、无害的元素，比如氢，然后聚变出一些同样无害的东西，比如氦。就像太阳和氢弹一样，都是靠核聚变来运作的。

最关键的是我们如何控制核聚变，以核聚变反应释放出的能量比输入能量更高的方式让轻元素融合在一起。这就是最后一个问题!

核聚变的未来是什么？

以太阳的方式进行核聚变，高温高压？这种方式想都别想，因为你获得的能量还没有提供的能量大。但是我们仍然想从轻便、容易获得的元素中获取核能。目前我们有三种方法可以实现，每一种方法都很接近神奇的盈亏平衡点。

惯性约束聚变

从理论上讲，我们可以向各个方向均匀的发射激光，然后聚焦在一个装有几毫克氢“小球”上，小球的直径只有几毫米，因为小球表面吸收了能量了在惯性的作用下，内层会将氢原子核用力挤压在一起，氢原子核在巨大的压力下发生聚变反应。这与氢弹的原理非常相似，通过一个小型裂变核弹释放出巨大的能量，将氢推到一起，产生失控的聚变反应。这种简单的方法可以实现核聚变。原理上很简单，但却无法释放出运行激光器所需的可用能量。

磁约束聚变

利用强大的电流产生的强大磁场将等离子体约束在一起实现核聚变，因为洛伦磁力总是垂直于磁场的方向，那么等离子体在磁场的作用下就会获得高温高压！托卡马克反应堆发明于上世纪50年代的苏联，这个装置也可以实现核聚变。在过去30年左右的时间里，托卡马克和惯性约束研究小组打破了纪录，越来越接近盈亏平衡点，但是还有很长的路要走。

磁化靶聚变

这是一种混合设计，将低密度燃料源加热成等离子体并进行磁约束。然而，等离子体周围有数百个活塞，一旦等离子体处于理想状态，活塞就会同时开火，压缩等离子体导致核聚变！

这三种设计都有望成为新的、高效的、清洁的、可控的能源。(还有一种传说中的冷聚变，以目前科学的标准衡量，这种方法还没有获得可证实的实验。)

这就是我们所说的能量，以及核聚变的未来！