同样是核聚变，氢弹只能瞬间爆炸，为何太阳却能持衡46亿年至今？

核能的发现和应用，是人类科学史上最重要的事情之一。

第二次世界大战美国在日本引爆了两枚原子弹（核裂变原理），几年之后又发明了威力更加恐怖的氢弹（核聚变原理），然而可惜的是，这些都是军事用途的武器，如果这些巨量的能量能用在造福人类方面，那该多好啊！

为此科学家们着手开始研究如何将这些核反应变得“温顺”下来，最先成功的是核裂变，我们现在常说的核电站，其能量来源靠的就是核裂变。不过核裂变电站也有弊端，一来是核原料十分昂贵且有限，二则是核裂变会产生具有长期放射性的核废料，其处理也是很头疼的事情。

于是科学家们就把希望寄托在了核聚变身上，可天底下哪有容易的事啊，虽然核聚变避免了上述的两个弊端，但核聚变的启动条件却极其困难！一个简单的例子，就说氢弹吧，虽然说是核聚变，但它的点火却要由核裂变进行，通俗说就是氢弹的引爆靠的是它内部的一颗小原子弹爆炸启动的！

然而疑问来了，既然氢弹的引爆需要内部的原子弹完成，那天上的那颗寿命已达46亿年的太阳靠的是啥呢？我们不是总说太阳的能量来源是核聚变吗？那它这长达46亿年的核聚变是怎么维持的呢？为什么太阳没有像氢弹那样一轰而散呢？

为什么氢弹只能瞬间爆炸？

首先我们需要知道有三种途径可以制造出核聚变的前提环境，分别为：惯性约束、磁场约束、引力场约束。

虽然氢弹的引爆是依靠内部原子弹的功劳，但这依旧属于上面三种约束之一的惯性约束。

简单看一下氢弹的爆炸过程就能理解：首先引爆氢弹内部的原子弹，之后在极短的时间内（百万分之几秒）将聚变的核材料加热压缩，达到高温高密度状态，随之核聚变反应被点燃开始释能，而这个过程同样也是非常短暂的，短到氢弹内部的那些材料还没有来得及因为膨胀而飞散开之前，大部分核材料就发生聚变反应了。

可以看出，氢弹之所以释放出如此巨大的能量，依靠的就是核材料本身的惯性约束，使得在弹体四散前，就完成了足量的核聚变反应，但遗憾的是，毕竟约束方式依靠的仅仅是惯性，因此这也决定了大部分的能量释放必须是在极短的时间内完成，所以氢弹的表现只能是瞬间爆炸，而无法在可控的前提下进行，换句话说就是氢弹的能量没法收集利用起来，但作为军事武器，倒是十分符合。

但这并不意味着惯性约束是没法实现可控核聚变的，事实上此类研究早已进行，比如美国在2009年建成的国家点火装置，目的就是从惯性约束层面进行可控核聚变的探索和研究。

说一个惯性约束核聚变的方式吧，以直接驱动为例：利用激光照射一颗核材料靶丸（很小，毫米级直径），将其表面加热并形成等离子体，等离子体会朝外喷射，进而作用于剩余靶丸，使其压缩，因此最内部会达到高温高密状态，产生核聚变反应，释放能量，而这些能量在朝外散出时，又会将次外层核材料点燃，以此类推，最终整个靶丸完成核聚变，当然了，这一系列过程都会在靶丸完全解体前完成（也就是惯性约束）。

如果能够接连不断地引爆靶丸，就能产生持续的能量输出。

但要想投入实际应用，需要解决的影响因素很多，比如驱动器效率、靶的设计等等。因此相比于下面讲到的磁场约束，惯性约束核聚变距离能够投入应用，还有一段路要走。

再来看磁场约束，这也是目前实现可控核聚变能够投入应用的最为明朗的途径，关于磁场约束的科普介绍相比于惯性约束还是比较多的，因此在这里，我就简单地说几句就可以了。

总体来说，就是如何处理好维持一团温度上亿摄氏度的等离子体的问题，因为在这个温度层面，地球上没有任何物质能够与其接触而不损坏，所以就想到了利用磁场去处理这团带电物质，但这也带来了一个问题，磁约束方案里的高温等离子体，它的密度是很低的，所以想要达到自持式的核聚变程度，那么约束时长就要比惯性约束长很多，用公式解释的话，见下图：

这是上世纪五十年代，英国物理学家劳森给出了自持式核聚变的要求，在温度、密度、约束时长这三者乘积必须达到某一数值，自持式核聚变方能成功。

为什么太阳能持衡至今？

不论是惯性约束还是磁场约束，说到底就是为了核聚变能够持续的安全的进行，然而这一人类垂涎至今的技术，实际上早在太阳内部存在了，而且已经存在了46亿年之久！

到底是怎么做到的呢？没错，就是上面提到的最后一种约束途径—引力场约束，其实这个途径的繁杂程度远不及惯性约束和磁场约束，说穿了，简直可以用“一力破万法”来形容，此话怎讲？

因为太阳内部核聚变发生的大前提仅仅是因为自身质量庞大而已，毕竟核聚变本身就是轻核合成重核，把两个轻核强行“压”到一起就可以了，而太阳庞大的质量也就意味着极强的引力（毕竟拥有整个太阳系99.86%的质量，将八大行星牢牢束缚在引力范围内）。

而这个约束过程具体是怎么发生的呢？

太阳系的前身是一团大星云，由于类似超新星爆发等巨大能量波动事件的发生，这团星云的稳定状态被打破，在引力的作用下，整块星云开始坍缩，也同时开始分裂，最终形成一块块的小星云，而其中的某个小星云最终坍缩成了我们现在的太阳系。

太阳则居于太阳系的核心位置，它积聚了整个太阳系99.86%的质量，可以说是一个不折不扣的巨型气体球（最主要的成分是氢氦），不过准确来讲，此时的太阳还没有达到核聚变的程度，因为其中心温度还很低，不过在引力的作用下，所有物质都会向中心聚拢，也就是这颗气体球的体积在不断的缩小，这就是所谓的引力坍缩。

而体积缩小带来的直接后果就是：中心温度越来越高（引力势能转为热能，温度从内向外依次降低），而温度的升高，则导致相应区域的压强也在上升，这时候就出现了一个二力相抗衡的情况，一边是内部压强产生的向外扩张的力，另一边则是外部强大的向内收缩的引力，显然这二者的强弱决定了这颗气体球是膨胀还是收缩。

虽然内部的压强极力抵挡引力压强，但在没有额外能源的补充下，显然是不可能战胜引力的，因为本身这颗气体球就要对外辐射能量，除非中心能量不丢失，否则体积就会不断的收缩。

然而正是因为如此，一边是对外热辐射，一边是体积收缩（意味着密度增加），所以热辐射在穿越内部时，就会有越来越多的热量积聚下来，中心温度会经历一次爆升，达到一万摄氏度左右，此时我们就称呼这团气体球为原恒星。

原恒星还在继续引力坍缩，最终当中心温度升高至一千万摄氏度，原恒星半径缩小至一百万公里时，核聚变反应终于出现了，开始源源不断出现额外能源对原恒星中心进行加热。

最终当中心温度升高至1500万摄氏度，内部压强达到2500亿个大气压时，体积收缩也停止了，因为核聚变产生的能量足以维持中心温度不变（同时还有余力对外热辐射，也就有了今天沐浴地球的光和热），其中心的热压也可以持续抗衡外边的引力压，此时的状态就进入了主序星阶段，也就是说我们的太阳终于成型了。

这里小提一点，实际上太阳内部的核聚变还借助了量子隧穿效应的帮助，否则就凭现有的高温高压还不足以完成，而这个量子隧穿效应简单来讲，就好比于现有的环境状态只能让两个质子靠近到某个距离，但还没进入强核力范围，因此没法聚变，但依靠量子理论中能量与时间的不确定关系，在极短的时间内，质子有可能会穿透库伦势垒发生核聚变。

实际上太阳内部核聚变的功率很低，但奈何体积质量巨大，所以释放的能量就很高，如果功率很高的话，那可能真的就像氢弹那样炸没了，但引力场约束又保证了这样的事并不会发生。

总结

至此我们可以看出，引力场约束就是典型的“一力破万法”，虽然惯性约束和磁场约束搞得“花里胡哨”，但实际投入应用却至今都没实现。

而引力场约束虽然很朴素，就是靠引力去压，压到你不得不核聚变，同时还冲不破引力场的“拘束”，不会出现氢弹那样一轰而散的情况。

这一现象至今已持续46亿年了，将来还会再持续50亿年左右，即便到了最终点，引力场还是会将太阳核心锻造成白矮星继续存在着！