為啥太陽能在太空中燃燒50億年？科學家：眼前所見，只是一個假象

科學家告訴我們，太陽是一顆古老的恒星，從它誕生直到現在，已經過去了大約50億年的時間。為啥太陽能在太空中燃燒50億年呢？

對于這個問題，科學家給出的答案是，我們眼前所見的太陽就像是一個熊熊燃燒的大火球，但這只是一個假象，實際上，太陽并沒有燃燒，它發出的光和熱其實是來自于一種更強大的能量來源——核聚變。

但問題是，太陽究竟是怎么讓自身的核聚變持續了長達50億年的時間呢？其實這是可以解釋的。

太陽核聚變的主要原料是氫，其聚變過程大致可分為三個階段，我們可以將其簡單地理解為，先是兩個質子（即最簡單的氫原子核）聚變成一個氘原子核，然后氘原子核再與另一個質子聚變成氦-3原子核，最后兩個氦-3原子核聚變成一個氦-4原子核，同時釋放出兩個質子。

這個過程被稱為“質子-質子鏈反應”，其中實現難度最高的是第一階段，因為質子都是帶正電荷的，所以質子之間會存在著排斥力，這就意味著，質子要發生聚變，首要條件就是，它們必須要有足以克服這種排斥力的動能。

這種動能從何而來呢？答案就是高溫，因為從微觀層面來看，溫度其實就是大量微觀粒子熱運動的激烈程度，所以只要溫度足夠高，質子就可以具備克服它們之間排斥力的動能。

太陽內部的熱量來自其自己龐大質量所引發的引力收縮，越往里走，溫度也就越高，所以在太陽內部只有一小部分區域在發生核聚變，這個區域也被稱為核心反應區，其半徑大概只有太陽的5分之1。

但在對太陽的研究過程中，科學家卻發現，太陽核心反應區的溫度大約是1500萬K，而從理論上來講，大概需要1億K的高溫，質子才有可能具備克服它們之間排斥力的動能。

也就是說，太陽內部理論上應該是不可能發生核聚變的，但實際情況大家都是知道的，太陽內部確實在發生核聚變，為什么會這樣呢？實際上，這個問題其實也讓科學界困惑了很長一段時間，直到他們在量子力學研究領域中發現了“量子隧穿”效應。

“量子隧穿”被人們形象地形容為“量子世界中的穿墻術”，簡單來講，它指的是微觀粒子即使是在自身能量不足的情況下，也有一定的概率可以突破在經典力學中不可能突破的能量勢壘。

實際上，質子之間的排斥力其實就是一種能量勢壘，所以按照量子力學的描述，質子也有一定的概率可以在溫度不夠的情況下突破這種能量勢壘，從而使質子之間的聚變成為可能。

由于能量差距越大，“量子隧穿”發生的概率就越低，而太陽核心反應區的溫度遠遠低于理論值，因此在太陽核心反應區，質子之間發生“量子隧穿”的概率就低得可憐，大約每1萬億億次相遇才可能發生1次（概率約為10的20次方分之1）。

但這還沒完，因為兩個質子即使通過“量子隧穿”撞在了一起，在絕大多數情況下（超過99%），它們也會很快地分開，只有極少數的時候，其中的一個質子才會在弱相互作用力的作用下轉變成中子，這樣才能形成穩定的氘原子核。

（注：氘原子核由一個中子和一個質子構成）

本來“量子隧穿”的概率就已經夠低了，再加上這一出，質子之間發生聚變的概率那就更是低得離譜了，具體有多低呢？這樣說吧，對于太陽核心反應區中某一個特定的質子來講，它通常需要數十億的時間才有可能與其他的質子聚變成氘原子核。

盡管這個概率低得令人吃驚，但架不住太陽的質子多啊，根據科學家的估算，太陽核心反應區中的質子數量可達10的56次方個。

這么巨大的數量，就讓太陽核心反應區中隨時都會有極少一部分質子聚變成氘原子核，這在保證了“質子-質子鏈反應”能夠持續進行的同時，也讓太陽以極為緩慢的速度消耗它的核聚變原料。

講到這里就可以做一個簡單的總結了，即：太陽并沒有在太空中燃燒，它其實是一個巨大的“核聚變反應堆”，而太陽的核聚變之所以能夠持續長達50億年的時間，其實是因為上述的原理使得它的核聚變原料消耗得極為緩慢。

當然了，太陽的核原料畢竟是有限的，它們終究會被用完的，不過好消息是，根據已知理論模型的推演，太陽目前正當壯年，預計在大約50億年之后，其核心反應區的核原料才會被消耗殆盡，所以現在的我們不必為此擔心。