氧元素不能轻易转化成氢元素
——兼说“水变油”之不可能
我国古典文学名著《西游记》第四十四回中有这样一段描写：当
美猴王孙悟空扶保着他的师父唐三藏路过“敬道灭僧”的车迟国时，
这个车迟国里有三个妖精窃取了“国师”的职位。为了摸清这三个妖
精有多大本领，孙悟空变成全真道人，去向妖精的徒弟打探其师父的
根底。那徒弟说道：“我那师父，呼风唤雨，只在翻掌之间；指水为
油，点石成金，却如转身之易；……”由于（西游记）是一部神魔小
说，一般读者读到这里，也许对这些话只会一笑置之；但是作者吴承
恩老先生把这些“本领”安排在装成道士的妖精身上，则反映出了在
人们的印象中，“指水为油”，“点石成金”，确确实实是长期以来
中外“炼金术士”在一直追求着的高级“法术”。
水到底能不能变成油？从理论上说，只要温度和压力具备“足够
高”的条件，则并非不可能的事。大家都知道，油之所以能燃烧，是
因为油中含有大量的碳元素。而水则是由氢元素和氧元素化合成的。
如果能把水中的氧元素转换成碳元素，问题便可得到解决。所以，依
据今天的科学水平来讨论论，要想把水变成油，就需要把水中的氧元
素转化成碳元素（同样，要使一般的石头变成金子，也要完成元素的
转化）。可是，完成这样元素的转化，在地球上决不是像翻掌、转身
那样的易事，而是难得几乎做不到的。
为了实现元素的转化，人们首先应当了解元素的起源和演化的过
程。1956年，美国的尤里（H.C.Urey）首先发表了元素在宇宙间的分
布数据，概括地说：氢最多，氦次之，再次为碳、氮、氧，以后随原
子量增加而迅速减少，但到铁时有一个突然增多，而比铁更重的元素
则又逐渐减少。
宇宙间元素的分布规律又与天体的演化态有关。一般说来，年轻
的星中，金属／氢的值很小，而年老的星中这个比值增大，在超新星
爆发时，还发现有超轴元素。因此，元素的演化成为宇宙学家研究的
课题，他们先后提出了平衡过程假说、中子俘获假说、聚中子裂变假
说等，但都难以圆满解释现有宇宙中元素分布的规律。成功的是1957
年提出的恒星中生成元素的学说，这是由伯比奇（G．Burbidge和M．
Burbidge）夫妇、福勒（W．A．Fowler）和霍伊尔（F．Hoyle）提出
的假说（简称B2FH理论），他们指出元素由低级向高级演化，主要
是在恒星这一“原子锅炉”的核心部位进行的。原始宇宙本是一个非
常炽热、稠密的大火球，后来才开始膨胀并变冷，当温度下降到109
～1010K时，原始物质（绝大部分是氢）开始靠引力收缩形成原始恒
星。当恒星内部的温度升到7 ×106K以上时，氢的核聚变开始，核
反应的辐射膨胀与引力收缩相抵制，恒星发光并进入了相对稳定状态。
这是恒星的氢燃烧阶段。
我们的太阳之所以不断发出光和热，就是因为在其核心正进行着
由4个氢原子核转化为1个氦原子核的过程，其核心温度约在 107K以
上。以太阳这样质量的恒星来说，这种核反应大约能延续100亿年
（我们的太阳已进行了约46亿年，估计还将继续进行50亿年），当核
心的氢“烧完”（约占总质量的10％～15％）后，恒星就会突然膨胀
成为红巨星。而当一颗比太阳的质量大若干倍的恒星处于这个“烧完”
阶段时，恒星中心新形成的氦元素则会因引力收缩而使温度升高到
108K，密度也高达105g／cm3。这时就开始氦的聚变，其核心又产
生巨大的能量。而这颗恒星本身则变成了一颗体积做周期性膨胀和收
缩的脉动变星。
氦的聚变主要是由3个氦核合成1个碳核的过程。这在开始时本是
一种人为假定进行的核反应。直到1952年在实验室中证实了这种反应
确实能够进行，才得到人们的公认。氦生成碳以后，碳还可以再与氦
发生反应而生成氧，同时放出大量能量。这就是说，在脉动变星的核
心中主要生成碳和氧。这个过程需要超高温和超高压，在地球上目前
是达不到的。
如果恒星的质量足够大，那么还将继续收缩升温，发生碳和氧的
聚变过程，生成硅、钙等元素。更进一步则是硅核光解生成高能α粒
子，α粒子又与别的核结合生成铁族元素。这时恒星核心温度可以升
高到4X109K，这就使核处于统计平衡状态，生成元素周期表上铁附
近的多种元素，形成铁质核心，这时恒星就进入风烛残年了。对于更
大质量的恒星，这时还可能爆发成超新星，同时生成强密度的中子流，
中子流连续击入元素的核中生成铀、钍，甚至超铀元素和超重元素。
从以上的简要介绍可以看出，在核转变的问题上，并不像1+1=2
的问题那么简单，因为4个氢核的质量并不正好等于1个氦核的质量，
在氢转变为氦的合成过程中，质量亏损掉了 0.028 697个原子质量单
位。这亏损的质量以能量的形式释放出来，即每合成1个氦核，要放
出26．73兆电子伏的能量，这就是热核能。
由碳核转变为氧核，也遵守着同样的规律。我们不难从元素的核
质量的数据中求出：由4个碳核转化为3个氧核时, 核的质量亏损是
0.015 258个原子质量单位，这时将放出14．21兆电子伏的能量。
把这些比较轻的原子核发生聚变时所产生的热核能加以控制并为
我所用（科学家称之为“受控热核反应”），是人类近半个多世纪以
来所强烈追求的目标。这是当前自然科学研究的重点课题之一，一旦
研究成功，人类将从水中的重氢（氘）获得无限丰富的新能源。所以
世界各大国都投入了不少人力。物力、财力在着力研究。但是这种可
控制的热核反应现在尚未实现，关键在于如何使等离子体达到所需要
的极高温度并稳定足够长的时间。根据理论计算，使氘同氚实现自持
热核反应，需要5000万摄氏度以上的高温；而氘核同氘核反应则需要
不可思议的几亿摄氏度。
从以上介绍还可以看出，元素的演化是由氢聚合成氦；氦聚合成
碳；碳聚合成氧……在聚合过程中释放出大量能量。而由氧转化成碳，
则是氧原子丢失一个α粒子（氦核）的核分裂，并不是核“聚变”。
有人说它是“常温核聚变”，只能认为说这种话的人连什么是“聚变”
都没有搞清楚。更重要的是，当要把1个氦核分成4个氢核时，就要消
耗26．73兆电子伏的能量；同样，要想把3个氧核转化为4个碳核时，
也要补足14.21兆电子伏的能量才行。
这就说明，所谓“水变油”是违背最基本的科学原理的。首先，
氧转化成碳所需要的大量能量从何而来？再说，即使有那么多能量，
真的把氧转化成了碳并生成为燃烧值最高的甲烷后，这些甲烷全部燃
烧时所产生出的热值，也不过只是氧转化成碳所需要能量的百万分之
一。稍微有点经济头脑的人，也不会干这种“赔本”的买卖。
所以，我们说，在过去，“指水为油”是一种幻想，一个神话；
而今天，“水变油”则成了一种表演，一个骗局。
写于1996年
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