烧了46亿年，为什么太阳还没烧完？

太阳就像一个巨大的火球，每时每刻它都在向外释放出能量，而我们地球接收的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能量有多么巨大。而正如我们所知，太阳的能量，来自其核心区域的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？

这是可以计算的。一个简单的计算方法就是：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太阳平均辐射功率，然后再将其与一个半径为日地距离的球体的表面积相乘，就可以得到太阳每秒释放出的总能量，在此之后，我们就可以根据爱因斯坦提出的质能公式（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。