太阳为什么能在较低温度下进行核聚变

太阳为什么能在较低温度下进行核聚变

太阳的核心温度为1500万摄氏度，远低于进行核聚变所需要的最低理论温度，细心的朋友一定发现了这个问题，感到非常疑惑，下面我就简单介绍一下原因。

确定核聚变的温度，首先需要明确两个温度：核聚变开始温度、核聚变自发维持温度。

因为核聚变的本质是高能粒子克服粒子间的库仑斥力（静电斥力）碰撞变成较重原子核的过程。所以核聚变所需的条件本质上是粒子的能量要足够大，在粒子种类不变的情况下，粒子的速度越高能量越大，粒子运动速度的宏观指标就是温度，所以温度是使核聚变发生的根本条件，而在温度一定时，压强则说明了粒子的密度大小（简单的物理量转换，压强是单位面积的压力，当每个粒子的撞击力一定时，单位面积撞击的粒子数量越多压强越大），压强大表明单位体积内发生核聚变的粒子数量更多，虽然与核聚变开始温度无关，但能决定核聚变自发维持温度。

核聚变开始温度并不是一个定值，原因是量子隧穿效应，即在量子世界，粒子的能量具有不确定性，即一个粒子在某一瞬间的能量并不等于我们测量到的值，而是不断变化的，由大到小呈一定概率分布，这就决定了某一瞬间粒子会有一定的概率具备高于自身的能量，从而越过更高的位势垒。这就导致了低于“核聚变最低开始温度”（核聚变发生所需要温度的理论计算值）的粒子，仍然可以以一定概率实现聚变，从而导致核聚变没有明确的开始温度，但我们可以计算理论的

最低开始温度，粒子克服库伦斥力使粒子到达可以发生聚变的距离所需的能量为1MeV，对应的温度为100亿摄氏度，这个温度大约是太阳温度的1000倍，这可能与我们对宏观规律的认知不同。

太阳的核心温度只有1500万摄氏度，我们研制的超导托卡马克，温度则需要达到1亿摄氏度，均达不到宏观理解的“核聚变最低开始温度”，而是依靠量子隧穿效应，以一定的概率发生核聚变，由于太阳内部压强达到250万个大气压，粒子密度大从而使发生核聚变的粒子密度大，太阳体积巨大导致能量散失小，从而使核聚变自发维持温度降低，使核聚变能够自发维持进行。

此刻你一定有一个想法，那就是量子隧穿效应使太阳能够以“温和”的速度进行核聚变，从而使太阳能长时间稳定地释放能量，给地球充足的时间孕育生命，事实情况也确实如此，恒星的质量越大，核聚变的速度便越快，寿命也就越短，质量小的恒星反而寿命更长。

恒星根据质量的从小到大分为棕矮星、红矮星、黄矮星、蓝色大恒星。棕矮星是质量小于0.08倍太阳质量的恒星，无法自发维持核聚变，从而不能正常发光，是失败的恒星。红矮星是质量处于0.08-0.5倍太阳质量的恒星，这类恒星发出的光偏红，例如距离太阳最近的恒星比邻星就是这类恒星，这类恒星的寿命可以达到几百亿年。黄矮星是指质量处于0.5-8倍太阳质量的恒星，这类恒星的寿命在100亿年左右，我们的太阳就是这类恒星，现在太阳的年龄是46亿年，大约是其寿命的一半，所以现在的太阳正值壮年。蓝色大恒星是指大于8倍太阳质量的恒星，这类恒星由于核聚变速度更快，使其寿命只有大

约1000万年，这在宇宙的演变历程中是昙花一现的时间，被称为手枪星。

核聚变自发维持温度也不是一个确定的值，它与压力，能量散失速度等因素相关，在宏观世界的我们总是希望得出确定的数值，但当我们走进量子世界，一切则只能用我们称之为“概率”的名称进行解释，而这世界的运行规律便隐藏在这层层迷雾之后，等着我们去一层层剥开。