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在太陽(yáng)的內(nèi)心深處，當(dāng)輕原子核聚變成重原子核時(shí)，有非常小的一部分質(zhì)量消失了。這部分消失的質(zhì)量通過(guò)著名的公式 E=mc2 轉(zhuǎn)換成了能量。在太陽(yáng)核心的高溫之下，氫和氦同位素會(huì)形成更加穩(wěn)定的元素，釋放出的能量足以使太陽(yáng)系的所有行星都沐浴其中。盡管能量如此驚人，但如果宇宙是完全決定論的，那么在太陽(yáng)核心的質(zhì)子是永遠(yuǎn)無(wú)法開始鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的。只有考慮到具有波本質(zhì)的量子力學(xué)，這一切才成為可能，而這也證明了愛因斯坦曾經(jīng)說(shuō)過(guò)的“上帝不會(huì)擲骰子”的說(shuō)法是錯(cuò)誤的。

1920年代，廣義相對(duì)論和量子力學(xué)的發(fā)展徹底顛覆了物理學(xué)世界。前者將彎曲的時(shí)空、物質(zhì)、能量和引力聯(lián)系在一起，后者則描述了宇宙中所有的粒子也表現(xiàn)的像波。由于量子物理的一些基本性質(zhì)，因此它的內(nèi)在本質(zhì)就是非決定性的理論，這意味著我們只能探討特定結(jié)果發(fā)生的概率，而無(wú)法得知道一個(gè)特別設(shè)置產(chǎn)生的結(jié)果。物理史上最重要的兩位物理學(xué)家——愛因斯坦和玻爾——對(duì)我們的宇宙的內(nèi)在是否是決定論的產(chǎn)生了幾次重要的辯論。愛因斯坦認(rèn)為宇宙是決定論的，而玻爾并不這么認(rèn)為。

○ 氫原子是宇宙中最重要的物質(zhì)基本單元，存在于具有特定磁量子數(shù)的激發(fā)量子態(tài)。雖然它的性質(zhì)都已被熟知，但對(duì)于某些特定問題，比如電子在原子中的哪個(gè)位置，我們只能給出概率性的答案。 | 圖片來(lái)源：Wikimedia Commons user Berndthalle

直到愛因斯坦逝世，他依然拒絕相信上帝確實(shí)擲骰子。他推斷肯定有某些基本的定律可以決定粒子的特定行為，只是我們的實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)能力的失敗妨礙了我們看清物質(zhì)背后的真相。但是，當(dāng)量子物理在1920年代被發(fā)展起來(lái)的時(shí)候，已知的基本力只有兩種：引力和電磁力?？茖W(xué)家還不知道核力的存在，也就意味著科學(xué)家并不知道太陽(yáng)的巨大能量的來(lái)源。

○ 太陽(yáng)的剖面圖，顯示了太陽(yáng)表面和內(nèi)部的不同區(qū)域，包括發(fā)生核聚變的核心（core）。但是，如果沒有量子力學(xué)，核心中的粒子就不具備能產(chǎn)生核聚變的性質(zhì)。 | 圖片來(lái)源：Wikimedia Commons user Kelvinsong

太陽(yáng)每秒鐘輸出能量為4×10²⁶瓦，這就意味著在太陽(yáng)核心，每秒鐘大約有4×10³⁸個(gè)質(zhì)子聚變成為氦4。整個(gè)太陽(yáng)大約包含了約10⁵⁷個(gè)粒子，其核心大約占了10%左右。這些粒子以極高的能量運(yùn)動(dòng)著：在太陽(yáng)核心的中央，每個(gè)質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)到約每秒500千米。同時(shí)，其密度也極高，使粒子之間的碰撞極為頻繁：每個(gè)質(zhì)子每秒鐘都會(huì)和其它質(zhì)子發(fā)生幾十億次的碰撞。而這其中只有一小部分，大約10²⁸分之一的質(zhì)子相互作用會(huì)聚變產(chǎn)生重核，進(jìn)而釋放出能量。

所以，即使太陽(yáng)中大部分粒子都沒有足夠的能量到達(dá)那里，它只需要有一小部分的粒子參與了核聚變反應(yīng)就能產(chǎn)生我們所看到的能量。接下來(lái)我們需要對(duì)太陽(yáng)核心中質(zhì)子能量的分布進(jìn)行計(jì)算，算出擁有足夠的能量，能夠?qū)⒕圩兎磻?yīng)維持下去的質(zhì)子-質(zhì)子碰撞數(shù)量。