揭秘恒星核聚變的本質，其中隱藏著兩大宇宙奧秘！

我們每天都享受著太陽光的沐浴，現代科學告訴我們，太陽之所以能持續不斷地發光發熱，就是因為太陽核心一直進行著猛烈的核聚變。

但你知道恒星內部為什么會發生核聚變嗎？

你可能會說，恒星質量巨大，其核心的溫度壓強都非常高，足以引發核聚變。

這種觀點也不能說錯，但并沒有觸及問題的本質。拿我們的太陽來講，核心溫度高達1500萬度，壓強達到2650億個大氣壓。在我們看來，這樣的環境已經相當恐怖了。但實際上，即便是1500萬度的高度，也遠達不到核聚變的程度，溫度需要達到一億度以上才可能發生核聚變。

但現實中，太陽確實一直在進行核聚變，為什么會這樣呢？

我們需要一起走進原子核內部的秘密。

首先我們從身邊最熟悉的能源開始說起。煤石油天然氣是最常見的能量來源，這些能量通常都儲存在分子內部，還有原子之間的化學鍵里。在一定溫度和氧氣的輔助下，原子非常樂意重新組織彼此之間的關系，進而轉變為更穩定的分子結構，而在整個過程中，通常會釋放能量。

不過，這種釋放能量的效率是很低的，平均下來，每個原子的貢獻不過幾個電子伏特。而這就是我們通常所講的化學反應，其實效率是很低的。這也是火箭的推動力很難提升的重要原因所在，因為火箭也是使用的化學燃料，效率低下，需要龐大的質量才能獲得足夠的推動力，但質量又不能過大，否則過大的質量就需要更強大的推力才行，這就需要一個平衡點。

讓我們在化學反應的基礎上，深入到原子內部，那里有更多奧秘。

原子內部是原子核和電子，原子核由質子和中子組成。理論上分析，把一個電子塞進原子讓其原子核結合，其實并不難，只需要幾個電子伏特的能量就行了。

但是，如果想把一個質子或者中子塞進已經存在的原子核，就困難多了，需要多達幾百萬伏特的能量。而這種改變整個原子核結構的力量就是強核力，一種巨大的能量，原子彈和氫彈釋放的巨大能量就是強核力。

強核力如此巨大，釋放出來的能量效率遠超化學燃料能量，這也是為什么如今世界很多國家會加大研發可控核聚變的主要原因。

回到剛才所講的問題，太陽核心溫度高達1500萬度，這樣的溫度并不足以引發核聚變，但現實中太陽確實一直在發生核聚變，這是為什么呢？

在恒星內部，如果密度和溫度超過某個閾值，氫原子就會融合成氘，然后是氦3，緊接著是氦4，這個過程會釋放出高達2800萬電子伏特的能量，是相當可觀的。

但是，理論上計算，1500萬度的溫度根本不會引發核聚變，而太陽之所以能發生核聚變，還要感謝量子世界的一種神奇現象：量子隧穿效應。

量子隧穿，相信很多人都聽說過，就類似我們現實世界里的“瞬移”那樣，即便能量不足，也可以突破能量不足的限制。

就好比你要翻越一座山，只能從山腳爬到山頂，然后再回到另一個山腳下，你當然不可能從一個山腳直接穿越到另一個山腳。但在量子世界里，你確實可以這么做，并不違反大自然法則，那只是一個概率事件，所需的能量越大，概率越低。

而在太陽內部，理論上分析，能通過量子隧穿效應突破能量限制完成核聚變的幾率是很低的，只有10的28次方分之一。

但是考慮到太陽內部擁有多達10的57次方個粒子，每秒鐘每個質子會與其他粒子發生多達十億次的碰撞，因此，每秒鐘發生核聚變的質子數量仍舊是十分龐大的，能達到10的38次方的數量！

這里還有一個問題，氫元素消耗完畢之后，更重的元素是如何產生的呢？

有小伙伴會說，氦元素會在高溫高壓下繼續聚變成更重的元素。這樣說當然也沒有錯，只是太籠統太模糊了，并沒有具體講述到底是如何聚變成重元素的。

這里就不得不提到除了量子隧穿效應之外的另一個宇宙奧秘：霍伊爾態。具體是怎么回事呢？下面簡單講述一下。

以恒星核聚變所需要的溫度和壓強來看，要想讓氦4繼續聚變，其實是根本不可能的。首先，氦4并不能直接接納一個質子，這樣的原子核并不穩定。同時，兩個氦4也不能直接結合，因為8個核子的鈹8也同樣不穩定，即使能夠形成，也會很快衰變回兩個氦4.

剛才講了，恒星核聚變可以通過量子隧穿效應來完成，釋放出巨大能量，而這個過程離不開一個前提：核聚變后的總質量小于核聚變之前的總質量。比如說，兩個質子和兩個中子聚變成氦4，氦4的質量就小于兩個質子和兩個中子的質量總和。

而兩個氦4結合成鈹8前后的質量幾乎相等，相差只有不到10萬電子伏特，因此鈹8的生命力很微弱，幾乎瞬間會衰變成兩個氦4。

物理學家霍伊爾聯想到，如果讓三個氦4結合，形成的碳12就是一個相當穩定的原子核了。

但理論上的計算結果表明，是三個氦4結合，并不會得到碳12，因為兩者之間的質量差太大了，碳12的質量遠小于三個氦4的質量和。

霍伊爾大膽提出了一種處于激發態碳12的存在，處于激發態的碳12具有較高的能量，按照質能方程計算，自然擁有更高的質量，與三個氦4的質量總和相對比較接近。

激發態的碳12這種假定狀態就是霍伊爾態，后來科學家們證實了該狀態的存在，也解釋了恒星內部各種重元素的由來。