太阳每秒消耗428万吨物质，已经烧了46亿年，为什么能烧这么久？

太阳真的会每秒消耗428万吨物质吗？我们可以先来检验一下这种说法。

众所周知，太阳的能量来自其核心物质的核聚变反应，而核聚变的能量则来自于反应过程中出现的质量亏损，所以我们只需要知道太阳每秒钟释放出了多少能量，然后就可以根据质能方程（E = mc^2）计算出太阳每秒会消耗多少物质。

从整体上来看，太阳的辐射强度在各个方向上都是均匀的，因此我们只需要测量出太阳在地球轨道单位面积上的辐射强度，再计算出以太阳为中心，日地距离为半径的球体表面积，然后将两者相乘就可以得到太阳每秒钟释放出多少能量。

已知测量数据显示，太阳在地球轨道的辐射强度约为1369瓦特/平方米，日地距离约149597870000米，据此可得，太阳每秒钟释放出的能量约为3.85 x 10^26焦耳，将其代入质能方程可计算出，太阳每秒消耗的物质约为428万吨。

可以看到，说太阳每秒消耗428万吨物质，还是挺靠谱的。而以这样的消耗速度，太阳已经烧了46亿年，为什么能烧这么久呢？

简单计算一下可知，每秒428万吨，46亿年就是大约6.2 x 10^23吨，对于我们地球人来讲，这个消耗量确实极为巨大（毕竟都相当于100多个地球了），然而对于太阳来讲，情况却不一样。

要知道太阳的质量大约为1.989 x 10^27吨，也就是说，这点消耗量大概只相当太阳质量的万分之三，所以我们可以清楚地看到，太阳之所以能烧这么久，其实是因为它消耗物质的速度实在是太慢了。但问题是，为什么会这么慢呢？我们接着看。

太阳内部的核聚变主要是“质子-质子链反应”，其过程可以简单地描述为，两个质子（也就是最简单的氢原子核）聚变成氘原子核，然后氘原子核又与另一个质子聚变成氦-3原子核，最后两个氦-3原子核聚变成氦-4原子核，同时释放出两个质子。

我们知道，质子都是带正电荷的，它们会相互排斥，所以想要让质子发生聚变，首先就要让它们具备足以克服彼此之间排斥力的能量。

从微观层面来看，温度就是大量微观粒子热运动的激烈程度，所以温度越高，质子的动能就越大，当温度足够高的时候，质子就可以具备足以克服彼此之间排斥力的动能。具体要多高的温度呢？科学家根据经典物理理论计算出，至少要上百亿K。

然而根据科学家的估算，太阳核心的温度却只有大约1500万K，也就是说，按理来讲，以太阳核心的温度远远达不到核聚变的条件，为什么会这样呢？这曾经是一个令人费解的谜团，不过后来科学家用量子力学中的“量子隧道”对其进行了合理解释。

简单来讲，“量子隧穿”允许微观粒子在能量不足的情况下，有一定的概率穿过在经典物理学中不可能穿过的能量势垒，而对于质子来讲，它们之间的排斥力其实就是一种能量势垒，所以即使它们自身的能量不足，也可以有一定概率通过“量子隧穿”完成聚变。

根据量子力学，“量子隧穿”发生的概率与能量差距成正比，在太阳核心，因为温度远远达不到理论值，所以质子之间发生“量子隧穿”的概率也就非常低，大概只有1/10^20（1万亿亿分之一）。

但故事还没到此为止，因为就算是两个质子通过“量子隧穿”合并到了一起，在绝大多数情况下，它们仍会很快分开，只有在极少数的时候，它们才会发生聚变。

这一下，就使得质子之间真正发生聚变的概率进一步变低，到底有多低呢？科学家给出的理论值是，大约1/10^28（1万亿亿亿分之一），这样的概率可以说是低得令人发指。

不过太阳的质子数量实在是太多了，也太密集了，根据科学家的估算，太阳核心中的质子数量级可达10^56，平均每立方米的质子数量级也有10^31。

在这样的情况下，即使概率极低，在太阳核心中，每时每刻依然会有极少数一部分质子成功聚变，进而让“质子–质子链反应”源源不断地进行。

也正是因为如此，太阳才能够以极为缓慢的速度消耗物质，即使它已经烧了46亿年，其核心的“核燃料”（氢）仍然很多，估计在50亿年后才会用完。

看到这里，你可能要问了，太阳46亿年才消耗了自身万分之三的质量，再烧50亿年，大概也就是再消耗自身大约万分之三的质量，也就是说，太阳还有巨大的质量没有消耗，为什么就说它“核燃料”用完了呢？其实这是可以解释的。

一方面来讲，“质子-质子链反应”的质能转换率只有大约0.7%，也就是说，1吨的氢聚变后，只会消耗7千克的质量，其他的质量则转换成了氦-4，而以太阳核心的温度，还达不到氦-4的核聚变的条件，所以它们只会堆积在那里，成为“废料”。

另一方面，太阳核心反应区释放出的能量，会在太阳内部形成一个辐射层，这会阻止太阳外层的物质进入核心，这就意味着，在太阳的整个主序星阶段都只能用其核心的氢，而太阳核心的半径却只占太阳整体半径的大约五分之一。

根据恒星理论模型的推演，在太阳核心的氢用完之后，太阳的主序星阶段也会结束，到那个时候，太阳将演化成一颗红巨星，届时太阳的半径将膨胀至现在的近300倍，其巨大的表面将抵达甚至超过地球轨道，进而将地球吞噬。

看上去，这是一个悲伤的结局，不过这样的事情在大约50亿年后才会发生，所以现在的我们不必为此担心。