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太陽核聚變功率密度只有人體十分之一,怎么可能發(fā)生核反應?

2020-10-29 21:48 作者:徐德文科學頻道  | 我要投稿


很多人可能都看過周星馳的電影《大話西游之大圣娶親》,牛魔王舉著芭蕉扇狂扇,烈焰飛騰,大地崩裂,向著太陽飛去。

唐僧等人坐在地上,欲哭無淚,等著飛進太陽被燒為灰燼。

孫悟空瘋狂地追上去,用金箍棒抵住大地,試圖救回唐僧等人。

就在這性命攸關的時刻,紫霞仙子追了上去,非孫悟空承認還愛著自己。

女人真是感性的動物,不分地點場合,總喜歡在錯誤的時間展現(xiàn)自己的情癡和瘋狂。

牛魔王殺氣騰騰沖了上來,將魔叉射向了孫悟空。

紫霞為救孫悟空,舍身擋住了魔叉。

生命的代價終于換來最后的牽手,孫悟空頭上的金箍卻因情動而越箍越緊,情愈深,痛愈真,他再也無法拉住紫霞的手,只能任由她墜向太陽,撕心裂肺。

至尊寶和紫霞仙子五百年穿越時空的愛情令人唏噓,然而在太陽內(nèi)部,更有一種牽手讓人悚然心動,因為這種牽手的發(fā)生,需要幾十億年才能得到一次機會。

這種牽手發(fā)生在太陽中心的質(zhì)子之間,兩個質(zhì)子要突破難以逾越的勢壘結合在一起,平均需要等待76.2億年的時間,這是何等渺茫的希望。

質(zhì)子的愛情,可謂地老天荒!

而地球上的生命萬物,就是憑借這種76.2億年才有一次機會點燃的質(zhì)子“愛情”火焰,才得以欣欣向榮,葳蕤璀璨!



氫彈和太陽的核聚變反應機制不同

有些人可能會說,你說的什么呀,我怎么聽不懂呢?別著急,看完你就懂了。

我說的是太陽內(nèi)部的核聚變反應,這種反應為黑暗的宇宙帶來光明,我們夜空中看到的所有星星,除了幾顆太陽系的行星,都是在持續(xù)不斷進行聚變反應的恒星。

這種反應發(fā)生在兩個氫原子之間。氫原子只有一個質(zhì)子,兩個質(zhì)子必須走到一起,合成氦原子核,才會釋放出巨大的能量,照亮黑暗的宇宙。

有些人可能覺得不可思議,核聚變反應不是瞬間就完成的么?氫彈爆炸一瞬間,所有該結合的質(zhì)子就結合起來了,釋放出足以毀滅一切的狂暴力量,怎么參與太陽聚變反應的質(zhì)子就要76.2億年才有一次機會呢?

氫彈和太陽的核聚變反應機制有著很大的不同。

氫彈的聚變反應是一次性的,氫彈爆炸的時候,其內(nèi)部的核裂變裝置(原子彈)爆炸,將輕核裝料壓縮在高溫高壓的空間,瞬間發(fā)生聚變反應,釋放出巨大的能量。

而太陽核聚變發(fā)生的條件則是由自身引力提供的,物質(zhì)聚集的巨大引力傳遞至太陽核心,形成高溫高壓的環(huán)境,當壓強和溫度超過聚變反應的臨界值時,就會點燃恒星的聚變反應。

太陽核聚變反應的壓力和溫度遠小于氫彈引爆時核裂變產(chǎn)生的壓力和溫度,其反應的速率也比氫彈要低得多,從而讓太陽的核聚變變得可控。



太陽核聚變可控

太陽的核聚變反應99%發(fā)生在太陽半徑24%之內(nèi)的區(qū)域,到30%半徑處,核聚變就幾乎完全停止了。

即使是在核心區(qū)域內(nèi),核聚變產(chǎn)生的功率密度也是極小的,大約是276.5瓦/立方米,大約相當于一個成年人單位體積發(fā)熱功率的1/10。

你可能萬萬想不到了吧,太陽核聚變反應的功率竟然還沒有人體高。

太陽之所以能產(chǎn)生那么大的能量,不是因為它核聚變反應的強度高,而是因為它規(guī)模巨大,直徑139萬公里的一個球??!

要是有那么多人密密麻麻聚集在139萬公里的一個球里,釋放的能量肯定會比太陽還多得多。

好吧,其實不可能,因為那么大體積的人體球,馬上就會坍縮成一個黑洞,大家都到奇點里去了。

太陽的聚變反應在巨大的引力和輻射壓力下處于平衡狀態(tài),可以進行自我修正。

反應速率稍微提升一些,溫度和壓強就會增大,就會導致核心膨脹,從而降低核聚變速率;

而反應速率稍微下降,就會導致溫度和壓強降低,核心就會收縮,使反應速率再度提高,從而維持一種動態(tài)的平衡,讓我們的太陽幾十億年如一日穩(wěn)定地釋放能量,供給我們生命所需的適宜的光和熱。

換句話說,如果太陽的聚變反應真的像氫彈一樣,bia一聲就完了,那我們這些所謂的智慧生命還能存在呢?



太陽核聚變其實是靠擲骰子

現(xiàn)在回到最初的問題,為什么在太陽核心,平均每個質(zhì)子要等待數(shù)十億年才能參與一次聚變反應呢?

這是因為,太陽內(nèi)部的核聚變反應是以質(zhì)子﹣質(zhì)子鏈反應為主,由一系列復雜的反應組成。

其中最重要的第一步,就是需要兩個氫原子中的質(zhì)子和質(zhì)子碰撞,融合成氘核。

這點很好理解,兩個人從來沒有相遇,如何產(chǎn)生愛情,并最終結合在一起呢?

由于原子核之間庫侖斥力非常強,即使太陽內(nèi)部溫度如此之高,壓力如此之大,也遠遠達不到聚變反應發(fā)生的條件。

就像一對真心相愛的情侶,家庭、社會和經(jīng)濟勢壘阻力太大,也無法走到一起,生下愛情的結晶。

質(zhì)子和質(zhì)子之間也是如此,庫侖斥力實在太大,它們根本無法結合在一起。

然而微觀世界有個量子效應,叫做量子隧穿,機緣巧合的情況下,質(zhì)子和質(zhì)子也有機會撞在一起,只是這種幾率實在太小,需要76.2億年才能撞到一次。

作為兩個質(zhì)子個體來說,這種幾率實在太渺茫了,根本就可遇而不可求。

然而太陽質(zhì)量巨大,總共有約8.9×10^56個自由質(zhì)子,除以76.2億年,這就意味著太陽內(nèi)部每秒鐘就有3.7×10^38個質(zhì)子“機緣巧合”,可以量子隧穿,越過勢壘參與核聚變反應,釋放自己的光和熱。

兩個情侶真心相愛,哪怕距離再遠,勢壘再強,走上三年五年,可能也能走到一起,幸福地結合,生下可愛的baby。

所以看看,宇宙其實就是一個賭窩,連太陽的核聚變反應都是靠擲骰子來決定的。

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