曾經(jīng),人們以為太陽就是一個(gè)巨大的“火球”,但如今我們知道太陽并不是火球,而是巨大的“氫彈”。只不過太陽這顆“氫彈”與普通的氫彈有很大不同。核武器氫彈一下就爆炸了,但太陽并不會(huì)瞬間爆炸,而是會(huì)持續(xù)爆炸長達(dá)百億年之久。
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太陽釋放出來的能量是巨大的,不過地球能接收到的太陽能就很少了,而最終能被人類利用的太陽能就更少了。假設(shè)太陽每秒釋放的能量是22萬億,那么地球接收的能量就只有一萬,而人類能利用的更是只有1。
太陽之所以能釋放出如此巨大的能量,就是因?yàn)樘柡诵囊恢痹谶M(jìn)行核聚變,核聚變的原理當(dāng)然與氫彈是類似的。既然這樣,太陽為何沒有像氫彈那樣瞬間爆炸呢?
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要想弄清楚這個(gè)問題,我們需要從源頭了解。
首先,什么是核聚變?這里的“核”指的就是原子核,而核反應(yīng)又可以分為兩種,分別是核聚變和核裂變,顧名思義,核聚變就是小的原子核融合成質(zhì)量更大的原子核,而核裂變正好相反。
在核聚變過程中,會(huì)有質(zhì)量損失,損失的質(zhì)量會(huì)以能量形成呈現(xiàn)出來,質(zhì)量和能量是等價(jià)的。
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通過愛因斯坦的質(zhì)能方程可以看出,由于光速是一個(gè)很大的數(shù)值,因此一小部分質(zhì)量就可以釋放出巨大能量。
氫彈的原理就是核聚變,一般是利用氫或者氫的同位素聚變成更重的元素氦。要想引發(fā)核聚變,需要的條件是極高的,至少需要上億度的高溫。為了達(dá)到這么高的溫度,核聚變需要利用核裂變反應(yīng)來獲取足夠高的能量,然后才能引發(fā)核聚變。
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而太陽的核心溫度達(dá)到1500萬度,遠(yuǎn)沒有達(dá)到上億度的高溫,按理說太陽是不能發(fā)生核聚變的,但實(shí)際上卻發(fā)生了,這是為什么呢?
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簡單來講,因?yàn)樘栙|(zhì)量足夠大,物質(zhì)足夠多。
太陽質(zhì)量到底有多大?對比就知道了,地球質(zhì)量為60萬億億噸,太陽質(zhì)量是地球質(zhì)量的33萬倍,自己算下有多大吧。
太陽在太陽系擁有絕對的統(tǒng)治地位,太陽質(zhì)量占了整個(gè)太陽系質(zhì)量的99.86%!毫不夸張地講,太陽打個(gè)噴嚏,整個(gè)太陽系都得跟著感冒。
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太陽的核聚變只發(fā)生在核心區(qū)域,核心的形態(tài)是物質(zhì)的第四形態(tài):等離子態(tài),而不是我們常見的氣態(tài),液態(tài)或者固態(tài)。說白了就像完全擺脫原子核束縛的“粒子粥”一樣,各種粒子到處亂串。
剛才講了,核聚變其實(shí)就是質(zhì)子之間的融合,但是質(zhì)子帶正電,互相排斥。如果想要質(zhì)子融合,必須克服強(qiáng)大的靜電斥力才行。到底是怎么克服的呢?
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首先,自然界存在四種基本作用力,分別是強(qiáng)力,弱力,電磁力和引力。而弱力會(huì)改變粒子的種類,主要體現(xiàn)在衰變現(xiàn)象,衰變的本質(zhì)就是弱力在起作用。在太陽核心,弱力會(huì)使質(zhì)子發(fā)生衰變成為中子。
不過,靜電斥力屬于電磁力,弱力相對比電磁力實(shí)在太弱了,所以發(fā)生聚變的概率實(shí)在太低了。理論上分析,大約每10億年,一個(gè)質(zhì)子才會(huì)與其他質(zhì)子結(jié)合成氘核,最終聚變成氦,同時(shí)釋放出巨大能量。
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但是,正是因?yàn)樘栙|(zhì)量巨大,質(zhì)子等微觀粒子的數(shù)量當(dāng)然也是極為龐大的,因此即便是極小的概率事件,在如此龐大的質(zhì)子總數(shù)量面前,也會(huì)成為大概率事件。
不過也正是因?yàn)閱蝹€(gè)質(zhì)子聚變的概率極低,或者說弱力實(shí)在太弱了,才會(huì)造成太陽一直在緩慢燃燒,而不會(huì)像氫彈那樣瞬間就爆炸了。
太陽的燃燒到底有多慢呢?
具體數(shù)值就不提了,通過類比就知道了。太陽燃燒的功率,基本上就相當(dāng)于成年人單位消耗功率的十分之一!
可以看出,太陽之所以能釋放出如此巨大的能量,并不是因?yàn)樘柡司圩冇卸嗝磩×遥举|(zhì)原因在于太陽質(zhì)量實(shí)在太大了。所謂“大力出奇跡”,或許就是這樣的道理。
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也就是說,弱力雖然強(qiáng)度很小,但對于太陽來講則是“剛剛好”,因?yàn)槿绻趿ψ儚?qiáng)了,比如說變強(qiáng)了10%,那么太陽的壽命就會(huì)縮短大約20%。如果繼續(xù)變強(qiáng),太陽的壽命就會(huì)縮短得更多,人類甚至生命都沒有誕生的機(jī)會(huì),太陽就熄滅了。
最后提一點(diǎn),從更深層的角度來講,太陽之所以在條件不夠的情況下,還會(huì)發(fā)生核聚變,是因?yàn)椤傲孔铀泶┬?yīng)”。
量子隧穿,很多人都應(yīng)該聽說過,通俗來講,就是微觀粒子在自身能量不夠的情況下,也能有一定概率穿越“能量勢壘”的束縛,完成遠(yuǎn)超自身能量極限的事件。
何為“能量勢壘”,說白了就是“能力的極限值”。打個(gè)比方,不管如何努力,你只能跳躍一堵2米高的墻,那么2米就是你的“能量勢壘”,理論上分析,無論如何你都不可能跳躍一堵10米高的墻。
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但按照量子隧穿效應(yīng)的詮釋,你有一定概率獲取極高能量直接“穿墻而過”,只不過這個(gè)概率非常低罷了,即便在微觀世界發(fā)生的概率也很低,而在宏觀世界實(shí)際上就不可能發(fā)生。
但還是那句話,由于太陽質(zhì)量巨大,幾乎擁有無限多的自由粒子,因此最終通過量子隧穿突破“能量勢壘”的限制,進(jìn)而完成核聚變的粒子絕對數(shù)量就很多了。
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