为啥太阳能在太空中燃烧50亿年？科学家：眼前所见，只是一个假象

科学家告诉我们，太阳是一颗古老的恒星，从它诞生直到现在，已经过去了大约50亿年的时间。为啥太阳能在太空中燃烧50亿年呢？

对于这个问题，科学家给出的答案是，我们眼前所见的太阳就像是一个熊熊燃烧的大火球，但这只是一个假象，实际上，太阳并没有燃烧，它发出的光和热其实是来自于一种更强大的能量来源——核聚变。

但问题是，太阳究竟是怎么让自身的核聚变持续了长达50亿年的时间呢？其实这是可以解释的。

太阳核聚变的主要原料是氢，其聚变过程大致可分为三个阶段，我们可以将其简单地理解为，先是两个质子（即最简单的氢原子核）聚变成一个氘原子核，然后氘原子核再与另一个质子聚变成氦-3原子核，最后两个氦-3原子核聚变成一个氦-4原子核，同时释放出两个质子。

这个过程被称为“质子-质子链反应”，其中实现难度最高的是第一阶段，因为质子都是带正电荷的，所以质子之间会存在着排斥力，这就意味着，质子要发生聚变，首要条件就是，它们必须要有足以克服这种排斥力的动能。

这种动能从何而来呢？答案就是高温，因为从微观层面来看，温度其实就是大量微观粒子热运动的激烈程度，所以只要温度足够高，质子就可以具备克服它们之间排斥力的动能。

太阳内部的热量来自其自己庞大质量所引发的引力收缩，越往里走，温度也就越高，所以在太阳内部只有一小部分区域在发生核聚变，这个区域也被称为核心反应区，其半径大概只有太阳的5分之1。

但在对太阳的研究过程中，科学家却发现，太阳核心反应区的温度大约是1500万K，而从理论上来讲，大概需要1亿K的高温，质子才有可能具备克服它们之间排斥力的动能。

也就是说，太阳内部理论上应该是不可能发生核聚变的，但实际情况大家都是知道的，太阳内部确实在发生核聚变，为什么会这样呢？实际上，这个问题其实也让科学界困惑了很长一段时间，直到他们在量子力学研究领域中发现了“量子隧穿”效应。

“量子隧穿”被人们形象地形容为“量子世界中的穿墙术”，简单来讲，它指的是微观粒子即使是在自身能量不足的情况下，也有一定的概率可以突破在经典力学中不可能突破的能量势垒。

实际上，质子之间的排斥力其实就是一种能量势垒，所以按照量子力学的描述，质子也有一定的概率可以在温度不够的情况下突破这种能量势垒，从而使质子之间的聚变成为可能。

由于能量差距越大，“量子隧穿”发生的概率就越低，而太阳核心反应区的温度远远低于理论值，因此在太阳核心反应区，质子之间发生“量子隧穿”的概率就低得可怜，大约每1万亿亿次相遇才可能发生1次（概率约为10的20次方分之1）。

但这还没完，因为两个质子即使通过“量子隧穿”撞在了一起，在绝大多数情况下（超过99%），它们也会很快地分开，只有极少数的时候，其中的一个质子才会在弱相互作用力的作用下转变成中子，这样才能形成稳定的氘原子核。

（注：氘原子核由一个中子和一个质子构成）

本来“量子隧穿”的概率就已经够低了，再加上这一出，质子之间发生聚变的概率那就更是低得离谱了，具体有多低呢？这样说吧，对于太阳核心反应区中某一个特定的质子来讲，它通常需要数十亿的时间才有可能与其他的质子聚变成氘原子核。

尽管这个概率低得令人吃惊，但架不住太阳的质子多啊，根据科学家的估算，太阳核心反应区中的质子数量可达10的56次方个。

这么巨大的数量，就让太阳核心反应区中随时都会有极少一部分质子聚变成氘原子核，这在保证了“质子-质子链反应”能够持续进行的同时，也让太阳以极为缓慢的速度消耗它的核聚变原料。

讲到这里就可以做一个简单的总结了，即：太阳并没有在太空中燃烧，它其实是一个巨大的“核聚变反应堆”，而太阳的核聚变之所以能够持续长达50亿年的时间，其实是因为上述的原理使得它的核聚变原料消耗得极为缓慢。

当然了，太阳的核原料毕竟是有限的，它们终究会被用完的，不过好消息是，根据已知理论模型的推演，太阳目前正当壮年，预计在大约50亿年之后，其核心反应区的核原料才会被消耗殆尽，所以现在的我们不必为此担心。