揭秘恒星核聚变的本质，其中隐藏着两大宇宙奥秘！

我们每天都享受着太阳光的沐浴，现代科学告诉我们，太阳之所以能持续不断地发光发热，就是因为太阳核心一直进行着猛烈的核聚变。

但你知道恒星内部为什么会发生核聚变吗？

你可能会说，恒星质量巨大，其核心的温度压强都非常高，足以引发核聚变。

这种观点也不能说错，但并没有触及问题的本质。拿我们的太阳来讲，核心温度高达1500万度，压强达到2650亿个大气压。在我们看来，这样的环境已经相当恐怖了。但实际上，即便是1500万度的高度，也远达不到核聚变的程度，温度需要达到一亿度以上才可能发生核聚变。

但现实中，太阳确实一直在进行核聚变，为什么会这样呢？

我们需要一起走进原子核内部的秘密。

首先我们从身边最熟悉的能源开始说起。煤石油天然气是最常见的能量来源，这些能量通常都储存在分子内部，还有原子之间的化学键里。在一定温度和氧气的辅助下，原子非常乐意重新组织彼此之间的关系，进而转变为更稳定的分子结构，而在整个过程中，通常会释放能量。

不过，这种释放能量的效率是很低的，平均下来，每个原子的贡献不过几个电子伏特。而这就是我们通常所讲的化学反应，其实效率是很低的。这也是火箭的推动力很难提升的重要原因所在，因为火箭也是使用的化学燃料，效率低下，需要庞大的质量才能获得足够的推动力，但质量又不能过大，否则过大的质量就需要更强大的推力才行，这就需要一个平衡点。

让我们在化学反应的基础上，深入到原子内部，那里有更多奥秘。

原子内部是原子核和电子，原子核由质子和中子组成。理论上分析，把一个电子塞进原子让其原子核结合，其实并不难，只需要几个电子伏特的能量就行了。

但是，如果想把一个质子或者中子塞进已经存在的原子核，就困难多了，需要多达几百万伏特的能量。而这种改变整个原子核结构的力量就是强核力，一种巨大的能量，原子弹和氢弹释放的巨大能量就是强核力。

强核力如此巨大，释放出来的能量效率远超化学燃料能量，这也是为什么如今世界很多国家会加大研发可控核聚变的主要原因。

回到刚才所讲的问题，太阳核心温度高达1500万度，这样的温度并不足以引发核聚变，但现实中太阳确实一直在发生核聚变，这是为什么呢？

在恒星内部，如果密度和温度超过某个阈值，氢原子就会融合成氘，然后是氦3，紧接着是氦4，这个过程会释放出高达2800万电子伏特的能量，是相当可观的。

但是，理论上计算，1500万度的温度根本不会引发核聚变，而太阳之所以能发生核聚变，还要感谢量子世界的一种神奇现象：量子隧穿效应。

量子隧穿，相信很多人都听说过，就类似我们现实世界里的“瞬移”那样，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，只能从山脚爬到山顶，然后再回到另一个山脚下，你当然不可能从一个山脚直接穿越到另一个山脚。但在量子世界里，你确实可以这么做，并不违反大自然法则，那只是一个概率事件，所需的能量越大，概率越低。

而在太阳内部，理论上分析，能通过量子隧穿效应突破能量限制完成核聚变的几率是很低的，只有10的28次方分之一。

但是考虑到太阳内部拥有多达10的57次方个粒子，每秒钟每个质子会与其他粒子发生多达十亿次的碰撞，因此，每秒钟发生核聚变的质子数量仍旧是十分庞大的，能达到10的38次方的数量！

这里还有一个问题，氢元素消耗完毕之后，更重的元素是如何产生的呢？

有小伙伴会说，氦元素会在高温高压下继续聚变成更重的元素。这样说当然也没有错，只是太笼统太模糊了，并没有具体讲述到底是如何聚变成重元素的。

这里就不得不提到除了量子隧穿效应之外的另一个宇宙奥秘：霍伊尔态。具体是怎么回事呢？下面简单讲述一下。

以恒星核聚变所需要的温度和压强来看，要想让氦4继续聚变，其实是根本不可能的。首先，氦4并不能直接接纳一个质子，这样的原子核并不稳定。同时，两个氦4也不能直接结合，因为8个核子的铍8也同样不稳定，即使能够形成，也会很快衰变回两个氦4.

刚才讲了，恒星核聚变可以通过量子隧穿效应来完成，释放出巨大能量，而这个过程离不开一个前提：核聚变后的总质量小于核聚变之前的总质量。比如说，两个质子和两个中子聚变成氦4，氦4的质量就小于两个质子和两个中子的质量总和。

而两个氦4结合成铍8前后的质量几乎相等，相差只有不到10万电子伏特，因此铍8的生命力很微弱，几乎瞬间会衰变成两个氦4。

物理学家霍伊尔联想到，如果让三个氦4结合，形成的碳12就是一个相当稳定的原子核了。

但理论上的计算结果表明，是三个氦4结合，并不会得到碳12，因为两者之间的质量差太大了，碳12的质量远小于三个氦4的质量和。

霍伊尔大胆提出了一种处于激发态碳12的存在，处于激发态的碳12具有较高的能量，按照质能方程计算，自然拥有更高的质量，与三个氦4的质量总和相对比较接近。

激发态的碳12这种假定状态就是霍伊尔态，后来科学家们证实了该状态的存在，也解释了恒星内部各种重元素的由来。