核聚變也是一樣,為什麼氫彈瞬間爆炸,而太陽卻能燃燒100億年?

Mondo 軍事 更新 2024-03-07

過去,人們認為太陽是乙個巨大的“火球”,但現在我們知道,太陽不是火球,而是一顆巨大的“氫彈”。 只是太陽的“氫彈”和普通的氫彈有很大不同。 核氫彈就足夠了,但太陽不會是瞬間的,而是會持續數百億年。

太陽釋放的能量是巨大的,但地球能接收到的太陽能卻很少,人類最終能利用的太陽能就更少了。 假設太陽每秒釋放22萬億個能量,那麼地球只能接收到10,000個能量,只有1個能量可以被人類使用。

太陽之所以能釋放出如此巨大的能量,是因為太陽的核心在不斷地進行核聚變,而核聚變的原理當然和氫彈差不多。 既然如此,為什麼太陽沒有像氫彈那樣瞬息萬變呢?

要弄清楚這一點,我們需要從源頭上理解它。

首先,什麼是核聚變? 這裡的“核”是指原子核,核反應可以分為兩種型別,即核聚變和核裂變,顧名思義,核聚變就是小原子核融合成較大的原子核,而核裂變恰恰相反。

在核聚變過程中,存在質量損失,損失的質量以能量形成的形式呈現,質量和能量是等價的。

從愛因斯坦的質能方程可以看出,由於光速是乙個大數,一小部分質量可以釋放出巨大的能量。

氫彈的原理是核聚變,一般是利用氫氣或氫的同位素聚變成較重的元素氦氣。 為了觸發核聚變,所需的條件極高,至少需要數億度的高溫。 為了達到如此高的溫度,核聚變需要核裂變反應以獲得足夠高的能量,然後才能引發核聚變。

而太陽的核心溫度達到1500萬度,遠沒有達到上億度,按理說太陽不能進行核聚變,但實際上發生了,為什麼會這樣?

簡單地說,因為太陽足夠大,有足夠的物質。

太陽有多大? 相比之下,地球的質量是60萬億噸,太陽的質量是地球質量的33萬倍。

太陽在太陽系中占有絕對的主導地位,太陽的質量佔整個太陽系質量的99%86%!毫不誇張地說,太陽打噴嚏的時候,整個太陽系都會感冒。

太陽的核聚變只發生在核心區域,核心形式是物質的第四種形式:等離子體狀態,而不是我們熟悉的氣態、液態或固態。 說白了,它就像一粒完全擺脫了原子核桎梏的“粒子粥”,各種粒子到處串。

正如我之前提到的,核聚變實際上是質子之間的聚變,但質子帶正電並相互排斥。 如果想要質子聚變,就必須克服強大的靜電排斥力。 你是怎麼克服的?

首先,自然界中有四種基本力,分別是強力、弱力、電磁力和萬有引力。 弱力會改變粒子的種類,這主要體現在衰變現象上,衰變的本質是弱力在起作用。 在太陽的核心,微弱的力導致質子衰變成中子。

但是,靜電排斥力是一種電磁力,與電磁力相比,弱力太弱,因此聚變的概率太低。 從理論上講,乙個質子與其他質子結合形成氘核大約需要每10億年一次,氘核最終融合成氦並釋放出大量能量。

然而,正是因為太陽的質量巨大,質子等微觀粒子的數量當然是極其大的,所以即使是非常小的概率事件,在如此巨大的質子總數面前,也會變成高概率事件。

然而,正是因為單個質子聚變的概率極低,或者說是弱力太弱,太陽一直在緩慢燃燒,不會在瞬間像氫彈一樣。

太陽燃燒的速度有多慢?

具體值我就不提了,只是類比就知道了。 太陽消耗的電量,基本上相當於乙個成年人消耗的電量的十分之一!

由此可見,太陽之所以能釋放出如此巨大的能量,並不是因為太陽核聚變有多猛烈,而是因為太陽的質量太大了。 所謂“轟轟烈烈的奇蹟”,或許就是這樣的道理。

換句話說,弱力的強度雖然小,但對太陽來說卻是“恰到好處”的,因為如果弱力變強,比如說強10%,那麼太陽的壽命就會縮短20%左右。 如果它繼續變強,太陽的壽命將進一步縮短,太陽將熄滅,甚至沒有人類出生的機會。

最後,從更深層次的角度來看,太陽之所以在條件不足的情況下仍然進行核聚變,是因為“量子隧穿效應”。

量子隧穿,很多人應該都聽說過,通俗地說,就是微觀粒子在自身能量不足的時候,也能有一定的概率越過“能量屏障”的桎梏,完成遠遠超出自身能量極限的事件。

什麼是“能量屏障”,說白了就是“能力的極限值”。 比如,不管你怎麼努力,你只能跳一堵2公尺高的牆,那麼2公尺就是你的“能量屏障”,理論上,反正你也跳不了10公尺高的牆。

但根據量子隧穿效應的解釋,你有一定的概率獲得極高的能量,直接“穿牆而過”,但這個概率很低,即使在微觀世界發生的概率也很低,但在巨集觀世界裡,這實際上是不可能的。

但同樣,由於太陽的質量巨大,自由粒子幾乎是無限的,因此最終通過量子隧穿和完全核聚變突破“能量勢壘”極限的粒子絕對數量非常大。

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