太阳每秒消耗420万吨物质，烧了46亿年，为什么太阳还没烧完？

2024-11-19 01:35:46 分类：焦点 阅读(4)

太阳就像一个巨大的太阳火球
，每时每刻它都在向外释放出能量
，每秒没烧而我们地球接收的消耗太阳辐射仅仅只占太阳总输出的大约22亿分1，由此可见太阳释放出的吨物质完能量有多么巨大 。而正如我们所知 ，烧亿什太太阳的阳还能量，来自其核心区域的太阳物质在核聚变反应的过程所损失的质量，那太阳每秒会损失多少质量呢？这是每秒没烧可以计算的。一个简单的消耗计算方法就是：太阳向外释放的能量可以认为是均匀的，所以我们只需要测量出地球轨道上单位面积的吨物质完太阳平均辐射功率 ，然后再将其与一个半径为日地距离的烧亿什太球体的表面积相乘，就可以得到太阳每秒释放出的阳还总能量
，在此之后
，太阳我们就可以根据爱因斯坦提出的每秒没烧质能公式（E=mc^2）计算出太阳每秒会损失多少质量。在过去的消耗研究中 ，科学家已经通过这种方法计算出 ，太阳每秒释放出的能量约为3.8乘以10的26次方焦耳，并据此进一步计算出 ，太阳每秒会损失大约420万吨质量
。另一方面来讲，太阳诞生于大约46亿年前 ，那么问题就来了，太阳每秒消耗420万吨物质 ，烧了46亿年 ，为什么太阳还没烧完呢？这个问题其实有一个简单的答案，那就是太阳的质量大约有2000亿亿亿吨（1.989 x 10^30千克），以每秒420万吨这样的消耗速度 ，46亿年的总消耗量也“只有”大约5800万亿亿吨（5.8 x 10^26千克），这就意味着，在过去的46亿年的时间里，太阳消耗的质量大概只相当于太阳当前质量的万分之3，当然烧不完了。也就是说 ，相对于太阳庞大的质量来讲
，其消耗物质的速度其实是非常缓慢的
。要知道人类也是可以通过核聚变反应来释放出大量的能量 ，比如说氢弹，但氢弹的核聚变却是不可控的
，在达到核聚变条件的一瞬间
，核聚变原料就会完成全部反应 ，并以爆炸的方式释放出能量。所以这就引出了一个更深层次的问题
，同样是核聚变，为什么氢弹会一下子就炸了，但太阳却能够以极为缓慢的速度消耗物质 ，以至于烧了46亿年还没烧完 ？我们接着看。太阳的聚变类型属于氢核聚变
，我们可以将其简单地理解为，在太阳的核心区域，氢原子核不断地聚变成氦原子核
，同时释放出能量。氢原子核其实就是质子，而质子都是带正电的，它们之间会互相排斥 ，所以要让质子撞在一起，就需要让它们拥有极高的速度。而我们都知道 ，从微观层面来看，温度其实就是大量的微观粒子热运动的集体表现，因此只需要温度足够高，质子可以撞在一起 ，进而发生核聚变。在过去的很长一段时间里，科学家们都对一个现象感到困惑
，那就是氢核聚变所需要的温度至少要上亿摄氏度，而即使是太阳的核心区域，其温度也只有大约1500万摄氏度，也就是说 ，从理论上来讲，太阳核心区域的温度远低于可以启动氢核聚变的标准，但事实上
，太阳核心的的确确是在发生核聚变 ，这是为什么呢？对此 ，科学家们曾经提出过多种推测，但都无法自圆其说
 ，直到“量子隧穿效应”被发现之后，这种现象才得到堪称完美的解释。简单来讲，质子之间会互相排斥 ，当它们彼此接近时，就会形成一个“能量势垒” ，在经典力学中，只有在质子自身的动能强大到可以克服这个“能量势垒”的情况下，它们才可以撞在一起，但在量子力学中，质子即使是动能不足，也会有一定的概率直接穿过这个“能量势垒”
，这就被称为“量子隧穿效应”。根据量子力学 ，“量子隧穿效应”发生的概率与能量差异的大小密切相关，能量差异越大，“量子隧穿效应”发生的概率就越低，由于太阳核心区域的温度远低于可以启动氢核聚变的标准，因此这里的质子通过“量子隧穿效应”撞在一起的概率就极低。另一方面来讲，当两个质子撞在一起时  ，会形成极为不稳定的“双质子” ，在绝大多数情况下，双质子都会在极短的时间内重新衰变成两个质子，只有在极少数的情况下，双质子中的一个质子才会通过“正β衰变”转变成中子，而只有在这种情况下，“双质子”才会转变成拥有一个质子和一个中子的氘原子核，进而使发生核聚变成为可能。原本“量子隧穿效应”的发生概率就极低了 ，在此基础上 
，再加上“双质子”转变成氘原子核的极低概率，就使得质子发生核聚变的概率变得异乎寻常的低
，有多低呢 ？这样说吧，在太阳的核心区域，一个特定质子需要数十亿的时间才有可能发生核聚变反应
。尽管这个概率是如此之低
，但由于太阳的质量很大，并且其中大约有71%都是氢，所以太阳拥有的质子数量是非常巨大的  ，因此在太阳的核心区域，随时都会有极少一部分质子在发生核聚变，如此一来
，太阳就能够以“每秒消耗420万吨物质”这样极为缓慢的速度消耗物质，以至于烧了46亿年还没烧完。作为对比 ，氢弹原理则可以简单地描述为，其外层有一个以核裂变为能量来源的小型核爆装置 ，当其启动时，会产生上亿摄氏度的高温 ，进而使氢弹内层的核聚变原料全部处于核聚变所需要的温度环境 ，于是它们在极短时间内就会完成反应，所以氢弹一下子就炸了。