核聚变也是一样,为什么氢弹瞬间爆炸,而太阳却能燃烧100亿年?

小夏 军事 更新 2024-03-07

过去,人们认为太阳是一个巨大的“火球”,但现在我们知道,太阳不是火球,而是一颗巨大的“氢弹”。 只是太阳的“氢弹”和普通的氢弹有很大不同。 核氢弹就足够了,但太阳不会是瞬间的,而是会持续数百亿年。

太阳释放的能量是巨大的,但地球能接收到的太阳能却很少,人类最终能利用的太阳能就更少了。 假设太阳每秒释放22万亿个能量,那么地球只能接收到10,000个能量,只有1个能量可以被人类使用。

太阳之所以能释放出如此巨大的能量,是因为太阳的核心在不断地进行核聚变,而核聚变的原理当然和氢弹差不多。 既然如此,为什么太阳没有像氢弹那样瞬息万变呢?

要弄清楚这一点,我们需要从源头上理解它。

首先,什么是核聚变? 这里的“核”是指原子核,核反应可以分为两种类型,即核聚变和核裂变,顾名思义,核聚变就是小原子核融合成较大的原子核,而核裂变恰恰相反。

在核聚变过程中,存在质量损失,损失的质量以能量形成的形式呈现,质量和能量是等价的。

从爱因斯坦的质能方程可以看出,由于光速是一个大数,一小部分质量可以释放出巨大的能量。

氢弹的原理是核聚变,一般是利用氢气或氢的同位素聚变成较重的元素氦气。 为了触发核聚变,所需的条件极高,至少需要数亿度的高温。 为了达到如此高的温度,核聚变需要核裂变反应以获得足够高的能量,然后才能引发核聚变。

而太阳的核心温度达到1500万度,远没有达到上亿度,按理说太阳不能进行核聚变,但实际上发生了,为什么会这样?

简单地说,因为太阳足够大,有足够的物质。

太阳有多大? 相比之下,地球的质量是60万亿吨,太阳的质量是地球质量的33万倍。

太阳在太阳系中占有绝对的主导地位,太阳的质量占整个太阳系质量的99%86%!毫不夸张地说,太阳打喷嚏的时候,整个太阳系都会感冒。

太阳的核聚变只发生在核心区域,核心形式是物质的第四种形式:等离子体状态,而不是我们熟悉的气态、液态或固态。 说白了,它就像一粒完全摆脱了原子核桎梏的“粒子粥”,各种粒子到处串。

正如我之前提到的,核聚变实际上是质子之间的聚变,但质子带正电并相互排斥。 如果想要质子聚变,就必须克服强大的静电排斥力。 你是怎么克服的?

首先,自然界中有四种基本力,分别是强力、弱力、电磁力和万有引力。 弱力会改变粒子的种类,这主要体现在衰变现象上,衰变的本质是弱力在起作用。 在太阳的核心,微弱的力导致质子衰变成中子。

但是,静电排斥力是一种电磁力,与电磁力相比,弱力太弱,因此聚变的概率太低。 从理论上讲,一个质子与其他质子结合形成氘核大约需要每10亿年一次,氘核最终融合成氦并释放出大量能量。

然而,正是因为太阳的质量巨大,质子等微观粒子的数量当然是极其大的,所以即使是非常小的概率事件,在如此巨大的质子总数面前,也会变成高概率事件。

然而,正是因为单个质子聚变的概率极低,或者说是弱力太弱,太阳一直在缓慢燃烧,不会在瞬间像氢弹一样。

太阳燃烧的速度有多慢?

具体值我就不提了,只是类比就知道了。 太阳消耗的电量,基本上相当于一个成年人消耗的电量的十分之一!

由此可见,太阳之所以能释放出如此巨大的能量,并不是因为太阳核聚变有多猛烈,而是因为太阳的质量太大了。 所谓“轰轰烈烈的奇迹”,或许就是这样的道理。

换句话说,弱力的强度虽然小,但对太阳来说却是“恰到好处”的,因为如果弱力变强,比如说强10%,那么太阳的寿命就会缩短20%左右。 如果它继续变强,太阳的寿命将进一步缩短,太阳将熄灭,甚至没有人类出生的机会。

最后,从更深层次的角度来看,太阳之所以在条件不足的情况下仍然进行核聚变,是因为“量子隧穿效应”。

量子隧穿,很多人应该都听说过,通俗地说,就是微观粒子在自身能量不足的时候,也能有一定的概率越过“能量屏障”的桎梏,完成远远超出自身能量极限的事件。

什么是“能量屏障”,说白了就是“能力的极限值”。 比如,不管你怎么努力,你只能跳一堵2米高的墙,那么2米就是你的“能量屏障”,理论上,反正你也跳不了10米高的墙。

但根据量子隧穿效应的解释,你有一定的概率获得极高的能量,直接“穿墙而过”,但这个概率很低,即使在微观世界发生的概率也很低,但在宏观世界里,这实际上是不可能的。

但同样,由于太阳的质量巨大,自由粒子几乎是无限的,因此最终通过量子隧穿和完全核聚变突破“能量势垒”极限的粒子绝对数量非常大。

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