核聚變反應(yīng)

我們都知道，氫彈之所以有這么威力是因?yàn)闅鋸椑玫氖呛司圩兎磻?yīng)，反應(yīng)前后有一部分質(zhì)量的損失，這部分質(zhì)量以能量的形式釋放出來。

通過愛因斯坦質(zhì)能等價(jià)E=mc^2，我們知道，即使損失的質(zhì)量很小，乘以光速的平方（光速c=3*10^8），也是很大的一個(gè)數(shù)字。因此，氫彈的威力巨大。

太陽之所以可以持續(xù)地燃燒，也是因?yàn)闅湓雍说暮司圩兎磻?yīng)。但是你想過沒有，為什么同樣是利用氫原子的核聚變反應(yīng)，氫彈炸得渣都不剩，而太陽卻可以持續(xù)燃燒，逐漸地釋放能量？

今天，我們就來聊一聊這個(gè)話題。

太陽為什么持續(xù)燃燒？

首先，我們知道的是，氫彈之所以一下子全炸了，很大的原因是我們直接達(dá)到了氫彈的引爆條件，也就是溫度達(dá)到1億度。但是用常規(guī)手段是很難做到這一點(diǎn)的，科學(xué)家用的辦法是先引爆一顆原子彈，利用原子彈來達(dá)到這個(gè)溫度要求，從而引爆氫彈。

如果我們仔細(xì)查找一下太陽的數(shù)據(jù)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，太陽的表面只有5500度，而太陽的核心是1500萬度，內(nèi)部壓強(qiáng)大概是200多萬個(gè)大氣壓。

但是這并不滿足引爆氫彈的條件，或者我們說這個(gè)條件并不能直接觸發(fā)氫原子的核聚變反應(yīng)。那就很奇怪了，那太陽到底是如何被引爆的？

這里就要從太陽的質(zhì)量說起，太陽是太陽系絕對(duì)的霸主，這個(gè)霸主的地位超乎一般人的想象，整個(gè)太陽系99.86%以上的質(zhì)量都在太陽這里。這就使得太陽的引力十分巨大。引力使得太陽內(nèi)部的溫度升高，物質(zhì)狀態(tài)呈現(xiàn)等離子態(tài)。所謂的等離子態(tài)是指電子獲得了足夠大的能量，最終擺脫了原子核的束縛。因此，構(gòu)成太陽的物質(zhì)不是我們常見的三態(tài)，而是原子核，電子，光子等構(gòu)成的像一鍋粒子粥一樣的狀態(tài)。

核聚變反應(yīng)說白了就是原子核之間的融合。構(gòu)成太陽的物質(zhì)主要是氫原子和氦原子。但是要引發(fā)氦原子發(fā)生核聚變反應(yīng)的條件遠(yuǎn)比氫原子核聚變反應(yīng)的條件要苛刻得多，大概是2億度作用。因此，其實(shí)一般恒星都是先燒氫原子核。

那具體咋燒的呢？我們得來看看阻礙太陽發(fā)生核聚變反應(yīng)的絆腳石是什么？

其實(shí)這個(gè)東西叫做靜電斥力。我們知道同種電荷相排斥，氫原子核（質(zhì)子）都是帶正電的，會(huì)相互排斥，要讓它們?nèi)诤?，就必須提供足夠充足的能量。照理說，太陽內(nèi)核1500萬度，200多個(gè)大氣壓是不夠的。但是微觀世界中存在著量子隧穿效應(yīng)，就是在微觀世界中即使是需要能量才能完成的反應(yīng)，不輸入能量也有極低的概率會(huì)發(fā)生。一堆氫原子核要發(fā)生核融合，大概10億年左右會(huì)發(fā)生一次。并不只是氫原子核融合了就可以核聚變反應(yīng)，這里還需要弱相互作用的幫助，它可以把一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)化成一個(gè)中子，這個(gè)概率同樣是低得可憐。

雖然概率極其低，但是我們上文也說到，太陽足夠大，以至于再低的概率都可以發(fā)生。這才能夠引發(fā)氫原子核的核聚變反應(yīng)。不過，由于這兩個(gè)事件的存在，因此，太陽不能像氫彈那樣一下子全炸了，而是慢慢地釋放能量。這個(gè)過程其實(shí)有兩條路徑，一條叫做質(zhì)子-質(zhì)子反應(yīng)鏈。

另外一條叫做碳氮氧循環(huán)，其中碳氮氧充當(dāng)?shù)氖谴呋瘎┑淖饔谩?/p>

太陽幾乎沒有碳氮氧循環(huán)，基本上全是質(zhì)子-質(zhì)子反應(yīng)鏈，是否會(huì)引發(fā)碳氮氧循環(huán)其實(shí)要看是恒星的質(zhì)量。

但兩個(gè)反應(yīng)都是4個(gè)氫原子核最終合成為一個(gè)氦-4原子核。反應(yīng)前后會(huì)損失一部分質(zhì)量，這部分質(zhì)量以能量的形式釋放出來。

而我們?cè)诨剡^頭來看這個(gè)問題，其實(shí)在這個(gè)過程中，有一個(gè)因素起到了決定性的作用，這就是引力。當(dāng)太陽內(nèi)核引發(fā)核聚變反應(yīng)時(shí)，其實(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向外的壓力，而正是因?yàn)橛幸Φ拇嬖?，制約了這個(gè)壓力，兩者形成了動(dòng)態(tài)的平衡，維系住了整個(gè)不會(huì)崩塌。如果引力大了，會(huì)擠壓內(nèi)核，這時(shí)候內(nèi)核的核反應(yīng)強(qiáng)度就增加，產(chǎn)生更大的對(duì)外壓力進(jìn)行抗衡；如果核反應(yīng)占了上風(fēng)，這時(shí)候引力對(duì)于內(nèi)核的擠壓就會(huì)減輕，核聚變反應(yīng)的強(qiáng)度就會(huì)減弱。

換句話說，我們從宏觀的視角來看，維持住太陽不會(huì)像氫彈那樣一下子全炸了的原因是引力的制約。

總結(jié)

從微觀世界來看，太陽能夠引發(fā)核聚變反應(yīng)其實(shí)是因?yàn)榱孔铀泶┬?yīng)和弱力共同作用的結(jié)果，正是因?yàn)樗鼈儼l(fā)生的概率極低，也使得太陽不會(huì)一下子全炸了。但這個(gè)問題我們還可以從宏觀視角來理解，引力制約了核聚變，或者說核聚變產(chǎn)生的對(duì)外壓力和引力形成了動(dòng)態(tài)平衡，使得太陽不會(huì)像氫彈那樣炸得渣都不剩。