咱们生活里常见的能源，像氢气，作为清洁能源，燃烧时释放的能量能驱动车辆、支持工业生产；石油从地层开采，精炼后成为现代交通工具的燃油，也是化工产品原料；煤炭呢，一直为火力发电站供能，维持城市电力。还有各类碳氢化合物，从家用天然气到塑料制品原料，无处不在。这些能源的能量，都存储在分子内部原子间的化学键里。不过，从微观原子层面看，化学反应的能量释放效率可不高，平均每个原子贡献的能量也就几个电子伏。不管是剧烈燃烧还是缓慢氧化，所有化学反应基本都遵循这规律，常见燃料燃烧只是个典型例子罢了。

氢核比较特别，就一个质子，其他原子核则是质子和中子紧密结合的。在原子层面，把一个电子和原子核绑定，释放能量很少，才几个电子伏。但要是一个质子或者中子融入原有的原子核，哪怕是最简单的氢核，释放的能量能飙升到几百万电子伏，这差距可太大了！就拿氦原子核来说，它由两个中子和两个质子组成。按道理，氦原子核质量该是这四个粒子质量之和，可实际测量却发现，它的质量比四个粒子质量总和还大，这是为啥呢？原来，原子核内部有一种超级强大的力 ——“强核力”。这强核力就像一双无形却力大无穷的大手，把质子和中子紧紧拉在一起，融合成稳定的原子核。这个过程会释放出巨大能量，根据爱因斯坦的质能方程 E=mc²，能量释放伴随着质量亏损，也就解释了氦原子核质量 “异常” 的现象。

这么看来，如果恒星以这种原子核层面的能量转换方式作为能量来源，那能量释放效率比常见化学反应燃料高出数百万倍。结果就是，太阳的寿命也比按常用燃料估算的要长得多，能在宇宙岁月里持续稳定发光发热，给太阳系生命提供能量。

科学家研究发现，当恒星质量足够大，超过太阳质量 8%，内部就会有奇妙变化。在恒星内部深处，物质密度和温度达到特定阈值，氢原子核内的质子就像被神秘力量召唤，开始相互靠近融合。这个融合过程是有步骤的：先是两个质子结合形成氘核，接着氘核迅速和另一个质子相遇，合并生成氦 - 3 核，然后氦 - 3 核继续反应，最终形成稳定的氦 - 4 核。每生成一个氦 - 4 核，就能释放出高达 2800 万电子伏的能量，这能量相当惊人，让我们见识到恒星内部核聚变反应的强大威力。这种核聚变释能反应，不仅解开了太阳发光发热的奥秘，也让我们了解了所有主序恒星的能量来源。

太阳核心温度高达 1500 万度，由于自身巨大质量产生的重力挤压，星核中的等离子体密度达到地球固体铅密度的 13 倍。在任何瞬间，差不多 10% 的质子都汇聚在太阳核心区域。在这么极端的压强和高温下，日核的质子动能极高，移动速度快到都能用光速的百分数衡量。这就导致质子之间以及和其他原子核的撞击频率特别高，每颗质子每秒能和其他粒子发生数十亿次相互作用。科学家想通过物理模型和数学计算，预测有多少质子能获得足够能量，启动核反应链条的第一步 —— 形成氘核。但结果让人意外，按照传统物理学理论，没有一个质子能靠这些碰撞获得足够能量，突破障碍升级成更重的原子核。你看，太阳核心温度 1500 万度，从经典物理学分析，这温度远达不到核聚变要求，得 1 亿度才行。在恒星核心，质子携带的能量按经典物理理论，根本克服不了因正电荷产生的相互斥力，两个质子间的库仑力形成了一道难以跨越的能量屏障。

这时候，神奇的 “量子隧穿” 效应登场了。量子隧穿效应是量子力学里一种独特现象，微观粒子在一定概率下，能穿越经典物理学认为无法逾越的能量障碍。这可不能用经典物理思想理解，它主要发生在量子世界，虽然宏观世界也有可能，但概率极低，基本可以忽略不计。打个比方，你全力只能越过 2 米高的墙，“2 米” 就是你的能量势垒。但按量子隧穿效应，你有一定概率直接 “穿墙而过”，在量子世界这个概率相对高些，可在宏观世界，因为你质量大，概率低到从宇宙诞生到毁灭，你一直尝试穿越墙壁都不会成功！在恒星核心极端环境里，因为量子隧穿效应，质子即便能量不足，也有一定概率突破斥力障碍，像幽灵一样穿过能量屏障，形成更稳定的结合状态，释放核能。虽说两个质子发生量子隧穿现象的概率极小，大概只有 10^28 分之 1，可太阳内部粒子相互作用频繁又不间断，每秒都有多达 4×10^38 个质子通过量子隧穿效应变成氦核。就是这个看似概率小，却因太阳内部粒子数量庞大、相互作用持续不断而实现的核能释放过程，成了宇宙中所有主序星的能量源泉。

当恒星核心的氢元素耗尽，重元素是怎么产生的呢？这就涉及到另一个奥秘 —— 霍伊尔态。在恒星核聚变的温度和压强条件下，氦 - 4 要进一步聚变可不容易。因为氦 - 4 没法直接接纳质子，两个氦 - 4 也结合不了，生成的铍 - 8 原子核还不稳定。但恒星核聚变能通过量子隧穿效应释放巨大能量，前提是聚变后总质量小于聚变前，像两个质子和两个中子结合生成氦 - 4，它的质量就小于四个单一粒子质量之和。可两个氦 - 4 结合成铍 - 8 时，质量几乎不变，所以铍 - 8 极不稳定，很快就衰变回两个氦 - 4。物理学家霍伊尔推测，如果三个氦 - 4 能结合，形成的碳 - 12 会是稳定的原子核。但理论计算显示，三个氦 - 4 结合生成碳 - 12 不太可能，因为质量差太多。霍伊尔就提出了处于激发态的碳 - 12，这种激发态的碳 - 12 能量较高，根据质能方程，它的质量和三个氦 - 4 质量总和接近，这就是霍伊尔态。后来科学家证实了霍伊尔态的存在，也解释了恒星内部重元素的来源。

恒星核聚变，看似简单的能量释放过程，背后却藏着量子隧穿效应和霍伊尔态这两大奥秘，是不是很神奇？希望大家对宇宙的奇妙又多了一些认识。要是觉得这内容有意思，就动动你发财的小手点赞关注，愿你往后的日子财运亨通，好运连连！