Фраза Альберта Эйнштейна о том, что Бог не играет в кости, была направлена против вероятностной природы квантовой механики. Парадокс в том, что именно эти вероятностные законы лежат в основе работы Солнца и звёзд. Теперь китайские учёные предлагают использовать тот же квантовый механизм, чтобы приблизить запуск управляемого термоядерного синтеза на Земле — без экстремальных температур и давлений, характерных для недр звёзд.

Почему звёзды горят на самом деле

Принято считать, что термоядерные реакции в Солнце поддерживаются исключительно за счёт огромных температур — порядка 15 миллионов градусов — и колоссального давления. Однако с точки зрения классической физики этих условий всё равно недостаточно, чтобы ядра водорода регулярно преодолевали кулоновское отталкивание и сливались друг с другом.

Реальный механизм — квантовое туннелирование. Ядра водорода не «перепрыгивают» энергетический барьер, а с определённой вероятностью проходят сквозь него. В масштабах звезды это работает благодаря огромному числу частиц: даже редкие события становятся массовыми.

На Земле воспроизвести такой эффект крайне сложно. В термоядерных реакторах плазму приходится разогревать до экстремальных температур, что делает процесс энергозатратным и технологически сложным.

Не повышать энергию, а увеличить вероятность

Китайские исследователи предложили альтернативный подход: вместо бесконечного наращивания энергии плазмы повысить вероятность квантового туннелирования ядер топлива.

Идея основана на простом принципе: если реакция всё равно зависит от вероятности, то логичнее управлять этой вероятностью, а не пытаться силой «продавить» физические ограничения.

Теоретическая работа была выполнена группой из трёх учёных:

• Цзиньтао Ци из Shenzhen Technology University,

• профессор Чжаоянь Чжоу из National University of Defense Technology,

• профессор Сюй Ван из China Academy of Engineering Physics.

Как работает предложенный механизм

В центре исследования — реакция синтеза дейтерия и трития, наиболее перспективная для будущих термоядерных установок. Учёные показали, что вероятность слияния ядер можно резко увеличить, если дополнительно воздействовать на плазму лазерным электромагнитным полем определённой частоты.

Ключевое открытие заключается в том, что низкочастотные лазеры, включая ближний инфракрасный диапазон, оказываются эффективнее традиционных высокочастотных источников. В таком поле ядра во время сближения многократно поглощают и испускают фотоны, активнее взаимодействуют с электромагнитной средой и получают более широкое распределение энергий столкновения.

Это резко увеличивает вероятность квантового туннелирования через кулоновский барьер — без необходимости экстремального нагрева всей плазмы.

Численные оценки: рост вероятности в миллиарды раз

Авторы приводят наглядные расчёты. При энергии столкновения ядер около 1 кэВ вероятность реакции дейтерий–тритий без дополнительного воздействия практически нулевая.

Однако при облучении топлива низкочастотным лазером:

• с энергией фотонов 1,55 эВ и интенсивностью порядка 10²⁰ Вт/см² вероятность синтеза возрастает примерно в 1000 раз;

• при увеличении интенсивности до 5×10²¹ Вт/см² рост достигает девяти порядков, то есть увеличивается примерно в миллиард раз.

Подобный эффект ранее либо не рассматривался, либо считался непрактичным из-за сложности реализации.

Значение для будущего термоядерной энергетики

Хотя исследование носит теоретический характер, оно формирует новую концептуальную базу для управляемого синтеза. Впервые показано, что строгие требования к температуре и энергии могут быть смягчены за счёт управления квантовыми процессами, а не их подавления.

В перспективе это может:

• снизить энергозатраты на запуск термоядерных реакторов;

• упростить конструкцию установок;

• приблизить создание коммерчески жизнеспособных термоядерных электростанций.

Что дальше

Следующий этап работы — переход от расчётов для пары ядер к моделированию реальной плазмы, где важную роль играют коллективные эффекты, взаимодействие лазера с плазмой и нестабильности среды. Без этого невозможно оценить практическую реализуемость предложенного механизма.

Тем не менее исследование демонстрирует важный сдвиг в подходе к термоядерной энергетике: вместо попыток воссоздать условия звёзд учёные начинают использовать сами фундаментальные законы квантового мира — те самые, которые когда-то вызывали у Эйнштейна столь сильные сомнения.