曾經,人們以為太陽就是一個巨大的“火球”,但如今我們知道太陽并不是火球,而是巨大的“氫彈”。只不過太陽這顆“氫彈”與普通的氫彈有很大不同。核武器氫彈一下就爆炸了,但太陽并不會瞬間爆炸,而是會持續爆炸長達百億年之久。
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太陽釋放出來的能量是巨大的,不過地球能接收到的太陽能就很少了,而最終能被人類利用的太陽能就更少了。假設太陽每秒釋放的能量是22萬億,那么地球接收的能量就只有一萬,而人類能利用的更是只有1。
太陽之所以能釋放出如此巨大的能量,就是因為太陽核心一直在進行核聚變,核聚變的原理當然與氫彈是類似的。既然這樣,太陽為何沒有像氫彈那樣瞬間爆炸呢?
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要想弄清楚這個問題,我們需要從源頭了解。
首先,什么是核聚變?這里的“核”指的就是原子核,而核反應又可以分為兩種,分別是核聚變和核裂變,顧名思義,核聚變就是小的原子核融合成質量更大的原子核,而核裂變正好相反。
在核聚變過程中,會有質量損失,損失的質量會以能量形成呈現出來,質量和能量是等價的。
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通過愛因斯坦的質能方程可以看出,由于光速是一個很大的數值,因此一小部分質量就可以釋放出巨大能量。
氫彈的原理就是核聚變,一般是利用氫或者氫的同位素聚變成更重的元素氦。要想引發核聚變,需要的條件是極高的,至少需要上億度的高溫。為了達到這么高的溫度,核聚變需要利用核裂變反應來獲取足夠高的能量,然后才能引發核聚變。
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而太陽的核心溫度達到1500萬度,遠沒有達到上億度的高溫,按理說太陽是不能發生核聚變的,但實際上卻發生了,這是為什么呢?
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簡單來講,因為太陽質量足夠大,物質足夠多。
太陽質量到底有多大?對比就知道了,地球質量為60萬億億噸,太陽質量是地球質量的33萬倍,自己算下有多大吧。
太陽在太陽系擁有絕對的統治地位,太陽質量占了整個太陽系質量的99.86%!毫不夸張地講,太陽打個噴嚏,整個太陽系都得跟著感冒。
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太陽的核聚變只發生在核心區域,核心的形態是物質的第四形態:等離子態,而不是我們常見的氣態,液態或者固態。說白了就像完全擺脫原子核束縛的“粒子粥”一樣,各種粒子到處亂串。
剛才講了,核聚變其實就是質子之間的融合,但是質子帶正電,互相排斥。如果想要質子融合,必須克服強大的靜電斥力才行。到底是怎么克服的呢?
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首先,自然界存在四種基本作用力,分別是強力,弱力,電磁力和引力。而弱力會改變粒子的種類,主要體現在衰變現象,衰變的本質就是弱力在起作用。在太陽核心,弱力會使質子發生衰變成為中子。
不過,靜電斥力屬于電磁力,弱力相對比電磁力實在太弱了,所以發生聚變的概率實在太低了。理論上分析,大約每10億年,一個質子才會與其他質子結合成氘核,最終聚變成氦,同時釋放出巨大能量。
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但是,正是因為太陽質量巨大,質子等微觀粒子的數量當然也是極為龐大的,因此即便是極小的概率事件,在如此龐大的質子總數量面前,也會成為大概率事件。
不過也正是因為單個質子聚變的概率極低,或者說弱力實在太弱了,才會造成太陽一直在緩慢燃燒,而不會像氫彈那樣瞬間就爆炸了。
太陽的燃燒到底有多慢呢?
具體數值就不提了,通過類比就知道了。太陽燃燒的功率,基本上就相當于成年人單位消耗功率的十分之一!
可以看出,太陽之所以能釋放出如此巨大的能量,并不是因為太陽核聚變有多么劇烈,本質原因在于太陽質量實在太大了。所謂“大力出奇跡”,或許就是這樣的道理。
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也就是說,弱力雖然強度很小,但對于太陽來講則是“剛剛好”,因為如果弱力變強了,比如說變強了10%,那么太陽的壽命就會縮短大約20%。如果繼續變強,太陽的壽命就會縮短得更多,人類甚至生命都沒有誕生的機會,太陽就熄滅了。
最后提一點,從更深層的角度來講,太陽之所以在條件不夠的情況下,還會發生核聚變,是因為“量子隧穿效應”。
量子隧穿,很多人都應該聽說過,通俗來講,就是微觀粒子在自身能量不夠的情況下,也能有一定概率穿越“能量勢壘”的束縛,完成遠超自身能量極限的事件。
何為“能量勢壘”,說白了就是“能力的極限值”。打個比方,不管如何努力,你只能跳躍一堵2米高的墻,那么2米就是你的“能量勢壘”,理論上分析,無論如何你都不可能跳躍一堵10米高的墻。
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但按照量子隧穿效應的詮釋,你有一定概率獲取極高能量直接“穿墻而過”,只不過這個概率非常低罷了,即便在微觀世界發生的概率也很低,而在宏觀世界實際上就不可能發生。
但還是那句話,由于太陽質量巨大,幾乎擁有無限多的自由粒子,因此最終通過量子隧穿突破“能量勢壘”的限制,進而完成核聚變的粒子絕對數量就很多了。
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