如何摇晃一瓶水使其核聚变？

青草

一瓶500ml的纯水，在常温常压下，装在一个不可被摧毁的瓶子中。请问如何晃动这瓶水，能使之发生核聚变呢？
定义一下这个“不可摧毁的瓶子”：这个瓶子不会在上述过程中在外力的作用下发生形变，也不会因为瓶子内核聚变反应产生的高温高压而发生形变，瓶子是理想刚体，绝热绝缘。瓶子容积600ml，标准圆柱体，底面积60cm²，高10cm。

原文地址：https://www.zhihu.com/question/345750361

卡卡

既然是绝热绝缘的理想瓶子，那就尽管摇晃
就好了，核聚变迟早会发生。
如果自己寿命不够，那就让儿子来，孙子来，子子孙孙不够，还可以请外援。

水在摇晃过程中，液体层之间会因为摩擦力，把动能转化成热能。
水层之间的摩擦做功，可以通过牛顿切应力公式来探讨：

• 温馨提示：不爱看推演计算的可以跳过下面的引用块，直接看题主摇瓶子核爆的过程。
  

摩擦生热的过程，实际是分子层之间的撞击，宏观动能转化成了分子的动能。
当然由于水分子之间还存在分子势能的可逆变化。
所以宏观的动能，并不能完全转化成分子动能（热能）。
牛顿切应力公式：

为剪应力，即单位面积上的摩擦应力。
为面积， 为动力粘滞系数， 为对流速度， 为对流厚度。
若500ml的纯水，初始摇晃过程中，有效对流厚度为0.05m，有效对流面积为0.01m^2.
常温下，水的动力粘滞系数约0.001pa·s。
一个人正常摇晃瓶子时，若水有效对流速度为1m/s。
那么，可得水流间的摩擦力为：

开始摇的时候，这个力很小，但是在不停摇晃过程中，水来回震荡的过程中，形成大量的湍流。
水内部出现大量的对流层。根据作用力的大小，水粘度和和表面张力来预估，最小湍流层厚度可低至1mm左右。充分震荡下，每个局部流层的面积也很小。若取1cm^2，那么最大摩擦力可达0.01N，当然，对于那些大一点的湍流摩擦力则可能小很多，所以生热主要以小型致密的湍流为主。
预估平均摩擦力在0.0002 N~0.01N的范围内，平均0.001N。
摇晃频率越高，这样的细小湍流越多，理论上可以高达数百个。
若题主摇晃产生的有效湍流100个。
则生热的功率为：

摇晃时，震荡越充分，产生的湍流越细小，水层间的摩擦越充分，转化的热能比率也就越高。

接下来就是题主的表演了：
为了保证可持续发展地摇瓶子，题主保持手并不太累的速度，恒定地用0.1W的功率对瓶子内的水进行加热。
连续摇晃一天产生的热量为：
常温下，水比热容近似4.2×10^3J/(kg•℃)，求得摇晃这0.5kg的水，一天升温度数为：
℃
对于那些没有题主这种绝热绝缘理想瓶子的人，不建议通过摇晃瓶子给水升温。如果环境温度更低，你只会越摇越冷。如果低于体温，用手捂效率都高无数倍。
水温度上升后，粘度系数大大降低，100℃的粘度系数不到常温的1/3。
这就造成题主花了2个月的时间，才把一瓶水摇到100℃。
连续摇了三天后，但题主惊诧的发现，水竟然没有沸腾。因为水蒸气造成气压的加大，水的沸点升高了。
题主心中简单一算计，摇一辈子也才升高几万℃啊。
若不考虑水的汽化、分解、等离子化等因素，达到氢聚变的1亿℃范围，需要20万年的时间。
题主想了想人类文明历史的长度，子孙无期，有点望洋兴叹。
这肯定不行啊，一定得请外援。
题主决定请能那位能举20万吨邮轮的哥们帮忙：
当一个人类能举起20w吨的巨型邮轮，人类的武器还能杀死他吗？这哥们儿拿着直接一抬手。
啪的一下，就是各种音爆。
手上力量很快提升了几百倍，只用了几吨重的力量，摇瓶子的速度很快超过了音速。
仅仅1秒钟的时间，就把瓶子摇了近340个来回，震荡得相当的充分。
功率可达15000W，相当于20台汽车发电机了，功率杠杠的。
1秒就直接把500ml的水加热了7℃。
题主看得很激动啊，能举邮轮的超人就是厉害，摇瓶子的效率比他高多了。
虽然水升高到100℃，动力粘度系数减低了不少。
但他也只用了半分钟的时间，就把瓶子里的水给摇沸腾了。

沸腾后，动力粘度系数降为0.000284pa·s，有效热转化也会降低。
水的汽化热为2260kJ/kg，汽化总热量为1130KJ。
预估汽化所有的水，需要5分钟左右的时间。=
但是随着水蒸气的气化，瓶内压强升高，水的沸点升高。最后又多摇了几分钟，一直到瓶内的水温超过300℃之后，才全部汽化成了水蒸气。
水的临界温度为374℃，超过这个温度，多大的压强水都处于液气临界态。

当水汽化过后，题主有些傻眼了。
瓶子内的水蒸气压强很快达到了22100KPa，对瓶子界面压力达到了221000N左右。
这是什么概念呢，即便举邮轮的超人用22吨的力量来回摇晃，瓶子内部的蒸汽压强变化率都不是很大。
不过，我们的超人毕竟是拥有20万吨的巨力。
于是把力量增加到了2000吨左右。
终于每次来回摇晃对瓶内蒸汽有效做功近10cm。
那么一次来回摇晃做功为2000000 J，摇动数次之后，水温升高到5000℃以上。
在继续摇晃过程中，水分解成氧等离子体和氢等离子体。
继续高速摇晃十万次后，氢离子温度升高到1亿℃，瓶内的氢核聚变终于发生了。
但由于正常的水主要是氕（H），哪怕1亿℃聚变效率也不高。
举船哥们决定全力摇，瓶内产生2×10^10Pa的压强，但距离太阳核心的压强都低太多了，对氢聚变的加成依旧不大。
他只能继续不停地摇，才能把温度加热到更高，加快聚变的效率。
终于，强化一亿倍的那个家伙完全看不下去了：
普通人强化一亿倍是什么概念？他抢过瓶子，对着瓶子放了一个屁。
瓶子的速度瞬间加速到99.99999……%光速。
瓶内不仅发生了剧烈聚变，还发生了微型超新星爆发。
氢氧直接一系列聚变到铁，甚至还发生了吸热聚变，飞出了一些重金属。

看到绝热绝缘理想瓶中爆发出来的不一样的烟火，题主终于满意地点了点头。

感恩由您

先讲原理
我们知道，比如氢弹，就是氢的同位素进行不可控核聚变释放出能量来杀伤的。
那么同位素怎么获得呢？高温高压。所以氢弹的核心是一个原子弹，裂变来着。
裂变就简单了，我们有成熟的技术。
根据过去猫扑物理组的认知。如果只有水，我们需要另外一个工具：
菜刀。

首先是备料。
用极其锋利的菜刀快速切割水，反复切割水，只要速度够快，就能切断水的氢氧键。从而获得氧气和氢气。
这时候，放过氢气，继续看准了快速切割氧原子，把丫切碎，我们只要中子，不要原子，这个过程记住要穿少一点，因为切碎氧原子的时候，可能会有点点的能量释放。
下个阶段要收集氢气。把氢气收集起来，看准了拍！用菜刀背拍，就跟我们炸猪排的时候一样，要拍得足够快，足够狠！这样把刚才切出来的氧气当中的中子，狠狠拍到一个氕中间去，形成氘。记住，只能拍到氕或者氘里面去，如果拍到氚里面去形成了氢5，半衰期太短，放冰箱也存不了一天。

这样你就获得了足够的同位素，可以考虑准备核聚变。
当然，裂变的部分，就不详述了，可以参考猫扑十五年前的指南：《哪个男孩不想亲自造一颗原子弹：在家制作原子弹指南》，里面提供了两种方案。
等你获得了原子弹以后，拿个塑料袋，把同位素和原子弹封在一起，找个地方点着了。
轰的一声，就核聚变了。

同花顺

1. 准备一个封闭的刚性瓶子
2. 把水灌进去，并封口
3. 摇晃使瓶子的速率呈矩形波


x是时间坐标，y是速度坐标。
在每一个转折点，瓶底若干层水分子相对运动速度可以接近2v，振动模式越接近矩形波，相对速度越接近2v。

想个办法让瓶子最大速度达到50000 m/s，让瓶中一部分水分子相对另一部分水分子的运动速度超过100000 m/s，此时氢原子速度为v=50000 m/s，约合15keV。瓶子底部能够产生5000 GPa的压强。
条件比较适合产生聚变，正碰的概率大概0.0000000001，聚变的概率更低一点，但也算是可观了。

假设从+v到-v加速时间为0.01s，水和瓶子共重0.1kg，加速期间的力需要1,000,000N。其实这个力也不是很大，主要是能承受5000GPa的刚性瓶子比较难找。

长长的路

2019-10-05更新：
好多人点赞…受宠若惊…还拿了一个专业徽章(･･;)
方便大家看视频，录了个屏：


https://www.zhihu.com/video/1163975512677904384
以下是原回答：
<hr/>今天上UCLA的Phys 220 - Classical Mechanics正好讲到这个问题，授课教授是Putterman。
对于题主的问题，简短的回答是暂时没有可行的方案。
他今天拿了一个小的棒状物，里面装了不知名的液体和氙气（Xenon）。他先是把液体摇了一摇，然后用手拍打，液体居然发出了小小的闪光！
这个现象叫做Sonoluminescence（声致发光），他的主页有很好的介绍视频（不需要科学上网）：
http://acoustics-research.physics.ucla.edu/sonoluminescence/
那么这个现象和核聚变有什么关系呢？他们研究组研究发现这个现象（压缩气泡导致发光）可以产生高达12000K的高温，于是他们认为这个现象有潜在的可能可以产生核聚变。Putterman教授说他就用这跟小小的棒子向国防部长本人要了1000万美金的研究经费。最后他们发现这个现象产生的温度与用的液体基本上没有什么关系（无论是纯水还是什么别的），主要与用的气体有关。比如用氦气替代氙气的话，可以达到22000K的高温，但是他们无论如何也达不到更高的温度了，所以目前认为没有办法达到核聚变的温度。
你可能会想问，为什么我手里的水杯子达不到这个效果呢？Putterman教授说主要原因是液体和气体都不够纯净，系统会变得比较复杂，不容易产生高温。比如轮船的螺旋桨处产生的气泡只能达到1000-2000K的温度，并不至于发光。
那么为什么这么简单的现象可以产生如此高的温度呢？一个唯象的解释如下：


纵轴是气泡的半径，横轴是时间。
气泡先在阶段1经历了等温（isothermal）膨胀，然后仔阶段2经历了绝热（adiabatic）压缩。正是因为这种不对称性，导致在阶段2气泡内的气体的温度急剧升高，最后发光。
至于这个系统为什么最终温度与液体无关，暂时没有人可以回答这个问题（因为还没有人能写出这个系统的拉格朗日量）
以上

感恩由您

实名反对雷老师的答案 。因为把我拉黑了，没法在地下评论。 @零度君 @傅铁强
核聚变又不是自发衰变，怎么可能还在常温下存在什么“自然就会发生核聚变”。
核聚是需要非常严格的条件要求的，没有足够的温度或者压力，原子是不可能克服之间的电磁力从而发生聚变的。所以聚变都是发生在等离子态下，不是凝聚态下的。雷老师这里显然翻了根本性错误啊。
题主问的常温常压下有一个问题，就是系统是不是体积不变绝热，如果系统不是绝热的，你怎么摇晃都没用的。如果系统是体积不变且完全绝热，且瓶子不可摧毁，也不发生任何变化的。你持续摇晃可以让瓶子里的水通过相对运动的摩擦产生一点点的温升。就算你通过这一点点温升慢慢让水进入等离子态，但是摩擦力是由于电磁力产生的，一旦进入等离子态摩擦力就消失了。你捧着一团刚刚进入等离子态的东西，没法继续加热的话，也不可能产生聚变啊。
<hr/>下班前看到推荐的回答，一瞬间蒙了，下意识回复了一下。回家的路上仔细思考了下， 雷老师回答的太可怕了。
第一，水里头的氘也是结合成分子的形式存在的啊，又不是游离的。谁听说过分子中的原子能够聚变了？
第二，聚变涉及到原子核内的变化，牵扯大打破强相互作用力对原有原子核的束缚。我开始说电磁力还是小的，强相互作用力是咋被克服的？如果常温下就能客服强相互作用力，CERN做啥加速器？
第三，如果“自然就会发生核聚变”。就算概率极低，在地球海洋这么大的原子数的前提下，在几十亿年的时间跨度下，怎么也得发生一些了把。聚变产物He呢？大气几乎没有He，否则为啥我们要从太阳的光谱中才能发现He？
第四，如果氢元素自己能发生聚变，是不是碳元素也可以啊。在地球上这么多生物中，那么多DNA链，在几十亿年的跨度下，是不是也得发生碳的的聚变啊。然后我们的DNA突然从中间就断了，因为碳自己聚变了？
这都什么跟什么啊？第一次在知乎上遇到这么让我崩溃的答案，自然就能发生聚变？ITER那帮人会不会哭出来啊，当年发表冷核聚变的人会不会捶胸顿足啊。
如果真的证明了自然能发生聚变，诺奖物理学奖，化学奖，生理学奖都得给你啊。。。
<hr/>再次更新，有大佬指出可能存在热扰动通过量子隧穿效应穿透库伦壁垒。可以导致核聚变的发生。以下是回复，我粘贴过来。我认为说的有道理，我说错了，在天然水里，确实存在着可能性会自然发生聚变。
用化学语言描述的话，D-T聚变的ΔH=-17.6 MeV，因此几乎在所有情况下，聚变的ΔG都是减小的，可以自发进行。
但考虑反应不能纯粹从热力学出发，还要考虑动力学可行性。决定动力学行为关键的参数有：能垒、温度、反应物浓度。
聚变的能垒大概是10 keV级别，理论上不管多高的能垒，粒子都有可能通过热扰动越过去，这个可能性决定了反应速率。室温下粒子的平均热动能才0.1 eV不到，所以越过这个能垒的概率很低，可能是10的负几千次方，但并不绝对为0。
化学成键状态可以认为不影响聚变，用100 keV的氘离子辐照重水，一样是可以聚变的。