太陽就像一個巨大的火球一樣掛在天空，每時每刻，它都在無私地向地球輸送能量，正因為如此，地球才會成為生命的天堂，而人類作為地球上唯一一種具有高等智慧的生命，早就已經(jīng)習(xí)慣了太陽的存在。
尷尬的是，在過去的很長一段時間里，人類對太陽都知之甚少，甚至連太陽為什么會發(fā)光發(fā)熱都搞不清楚。要知道燃燒是需要氧氣的，但宇宙真空中不存在氧氣，為何太陽卻可以熊熊燃燒呢？
是因為太陽自帶氧氣嗎？早在19世紀(jì)末，這種觀點就被否定了，因為科學(xué)家通過對太陽光譜的分析發(fā)現(xiàn)，太陽主要是由氫和氦構(gòu)成，其中氫占據(jù)了太陽質(zhì)量的大約4分之3，余下的幾乎全都是氦，而太陽的氧含量僅占太陽質(zhì)量的大約0.77%，根本就不足以支持太陽在宇宙真空中熊熊燃燒。
在20世紀(jì)的20年代，物理學(xué)家弗朗西斯·阿斯頓發(fā)現(xiàn)了一個很有意思的現(xiàn)象：4個單獨的氫原子核的質(zhì)量之和，總是略微大于一個氦原子核的質(zhì)量。
科學(xué)家據(jù)此推測，這種質(zhì)量的虧損會釋放出大量的能量（理論依據(jù)是愛因斯坦在20世紀(jì)初提出的質(zhì)能方程，即E=mc^2），或許太陽就是通過將氫原子核聚變成氦原子核來產(chǎn)生能量。然而這種觀點在提出之后不久就遇到了難題，怎么回事呢？
想要氫原子核聚變成氦原子核，就必須讓它們離得非常近，這樣強核力（又稱強相互作用力）才可以將氫原子核束縛在一起，但氫原子核其實就是一個質(zhì)子，而質(zhì)子都是帶正電的，因此質(zhì)子和質(zhì)子之間存在著斥力，在這種情況下，就必須讓氫原子核具備很高的動能，才可以克服這種斥力。
我們知道，溫度其實就是指微觀粒子熱運動的劇烈程度，也就是說，必須要有足夠高的溫度，核聚變才可以發(fā)生。從理論上來講，氫原子核發(fā)生核聚變的溫度至少需要上億攝氏度，但根據(jù)科學(xué)家的估算，太陽核心的溫度卻只有1500萬攝氏度左右，完全達不到氫原子核發(fā)生聚變的標(biāo)準(zhǔn)。
這應(yīng)該如何解釋呢？科學(xué)家們陷入了沉思，不久之后，他們在量子力學(xué)中找到了答案。1926年，物理學(xué)家埃爾溫·薛定諤提出了薛定諤方程，通過解這個方程可以得出一個令人驚訝的結(jié)果，簡單來講就是，在量子力學(xué)中，即使微觀粒子本身的動能不足，它也有一定的概率穿過障礙。
這種現(xiàn)象被稱為“量子隧穿效應(yīng)”，在1927年的時候，物理學(xué)家弗里德里?！ず榈略凇半p阱位勢實驗”中，首次發(fā)現(xiàn)了“量子隧穿效應(yīng)”的存在。
而這也就意味著，太陽核心的質(zhì)子（即氫原子核）也有一定的概率在自身動能不足的情況下，通過“量子隧穿效應(yīng)”直接穿過由質(zhì)子之間的斥力所形成的障礙，從而發(fā)生核聚變。
至此科學(xué)家終于揭開了太陽的能量來源之謎，據(jù)此我們也可以看到，太陽其實并沒有在宇宙真空中熊熊燃燒，它的光和熱都來自于其核心的核聚變反應(yīng)，根本就不需要氧氣的參與，而這與基于化學(xué)反應(yīng)的燃燒現(xiàn)象有著本質(zhì)的區(qū)別。
值得一提的是，太陽核心的核聚變反應(yīng)主要是“質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)”，而不是簡單地由4個氫原子核聚變成一個氫原子核。
如上圖所示，在太陽的核心，首先是兩個質(zhì)子聚變成一個氘原子核，接著氘原子核又會與另一個質(zhì)子聚變成一個氦-3原子核，在此之后兩個氦-3原子核又會聚變成一個氦-4原子核，并且有兩個質(zhì)子會被釋放出來。
在這一系列的過程中，由于發(fā)生“量子隧穿效應(yīng)”的概率以及兩個質(zhì)子聚變成氘原子核的概率都非常低，因此在太陽的核心，核聚變反應(yīng)就能夠以非常緩慢的速度進行，而這也是太陽能夠持續(xù)穩(wěn)定地釋放出光和熱的原因。
好了，今天我們就先講到這里，歡迎大家關(guān)注我們，我們下次再見。
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