核聚变|宇宙真空中不存在氧气，为何太阳却可以熊熊燃烧？科学家

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太阳就像一个巨大的火球一样挂在天空，每时每刻，它都在无私地向地球输送能量，正因为如此，地球才会成为生命的天堂，而人类作为地球上唯一一种具有高等智慧的生命，早就已经习惯了太阳的存在。
尴尬的是，在过去的很长一段时间里，人类对太阳都知之甚少，甚至连太阳为什么会发光发热都搞不清楚。要知道燃烧是需要氧气的，但宇宙真空中不存在氧气，为何太阳却可以熊熊燃烧呢？
是因为太阳自带氧气吗？早在19世纪末，这种观点就被否定了，因为科学家通过对太阳光谱的分析发现，太阳主要是由氢和氦构成，其中氢占据了太阳质量的大约4分之3 ，余下的几乎全都是氦，而太阳的氧含量仅占太阳质量的大约0.77% ，根本就不足以支持太阳在宇宙真空中熊熊燃烧。
在20世纪的20年代，物理学家弗朗西斯·阿斯顿发现了一个很有意思的现象：4个单独的氢原子核的质量之和，总是略微大于一个氦原子核的质量。
【核聚变|宇宙真空中不存在氧气，为何太阳却可以熊熊燃烧？】
科学家据此推测，这种质量的亏损会释放出大量的能量（理论依据是爱因斯坦在20世纪初提出的质能方程，即E=mc^2），或许太阳就是通过将氢原子核聚变成氦原子核来产生能量。然而这种观点在提出之后不久就遇到了难题，怎么回事呢？
想要氢原子核聚变成氦原子核，就必须让它们离得非常近，这样强核力（又称强相互作用力）才可以将氢原子核束缚在一起，但氢原子核其实就是一个质子，而质子都是带正电的，因此质子和质子之间存在着斥力，在这种情况下，就必须让氢原子核具备很高的动能，才可以克服这种斥力。
我们知道，温度其实就是指微观粒子热运动的剧烈程度，也就是说，必须要有足够高的温度，核聚变才可以发生。从理论上来讲，氢原子核发生核聚变的温度至少需要上亿摄氏度，但根据科学家的估算，太阳核心的温度却只有1500万摄氏度左右，完全达不到氢原子核发生聚变的标准。
这应该如何解释呢？科学家们陷入了沉思，不久之后，他们在量子力学中找到了答案。 1926年，物理学家埃尔温·薛定谔提出了薛定谔方程，通过解这个方程可以得出一个令人惊讶的结果，简单来讲就是，在量子力学中，即使微观粒子本身的动能不足，它也有一定的概率穿过障碍。
这种现象被称为“量子隧穿效应” ，在1927年的时候，物理学家弗里德里希·洪德在“双阱位势实验”中，首次发现了“量子隧穿效应”的存在。
而这也就意味着，太阳核心的质子（即氢原子核）也有一定的概率在自身动能不足的情况下，通过“量子隧穿效应”直接穿过由质子之间的斥力所形成的障碍，从而发生核聚变。
至此科学家终于揭开了太阳的能量来源之谜，据此我们也可以看到，太阳其实并没有在宇宙真空中熊熊燃烧，它的光和热都来自于其核心的核聚变反应，根本就不需要氧气的参与，而这与基于化学反应的燃烧现象有着本质的区别。
值得一提的是，太阳核心的核聚变反应主要是“质子-质子链反应” ，而不是简单地由4个氢原子核聚变成一个氢原子核。
如上图所示，在太阳的核心，首先是两个质子聚变成一个氘原子核，接着氘原子核又会与另一个质子聚变成一个氦-3原子核，在此之后两个氦-3原子核又会聚变成一个氦-4原子核，并且有两个质子会被释放出来。
在这一系列的过程中，由于发生“量子隧穿效应”的概率以及两个质子聚变成氘原子核的概率都非常低，因此在太阳的核心，核聚变反应就能够以非常缓慢的速度进行，而这也是太阳能够持续稳定地释放出光和热的原因。
好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。
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