穿墻術(shù)——熱太陽(yáng)上的冷知識(shí)

把一個(gè)人關(guān)進(jìn)屋子里，屋門緊鎖，四周是厚厚的墻壁，沒(méi)有窗子。這個(gè)人在屋子里想穿墻而過(guò)，從經(jīng)典力學(xué)的角度講是不可能的，因?yàn)橐粋€(gè)人的能量是不足以打透墻壁的。

現(xiàn)實(shí)生活中的穿墻術(shù)是假的，不過(guò)若是用量子力學(xué)來(lái)分析這個(gè)問(wèn)題情況就會(huì)發(fā)生變化。量子力學(xué)中有隧道效應(yīng)，雖然人的能量不足以打破勢(shì)壘（墻壁），但他仍有一定的概率穿墻而過(guò)逃出去，盡管這個(gè)概率低到自宇宙誕生以來(lái)還沒(méi)有發(fā)生過(guò)。

宏觀世界中物體的運(yùn)動(dòng)在經(jīng)典力學(xué)的描述下非常精確，但到了微觀領(lǐng)域必須讓位給量子力學(xué)。微觀粒子的隧道效應(yīng)早就得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并且已經(jīng)廣泛投入到技術(shù)應(yīng)用中，如果沒(méi)有量子力學(xué)的隧道效應(yīng)就沒(méi)有今天的信息時(shí)代。其實(shí)你可能還不知道，如果微觀世界中沒(méi)有穿墻術(shù)，根本就不會(huì)有我們的太陽(yáng)，也就不會(huì)有我們?nèi)祟悺?/p>

太陽(yáng)的主要成分是氫，依靠氫核聚變成較重的原子核釋放出能量。氫原子核是最簡(jiǎn)單的原子核，只有一個(gè)質(zhì)子。由于帶有同種電荷，兩個(gè)質(zhì)子之間的庫(kù)倫斥力非常大，阻止著兩個(gè)質(zhì)子相互靠近，就好像在兩質(zhì)子間有一堵堅(jiān)固的墻。若要讓兩質(zhì)子結(jié)合在一起，就必須提高質(zhì)子的能量，常見的方法是提供高溫高壓。氫元素是宇宙中含量最高的元素，大量的氫元素可以依靠萬(wàn)有引力聚集在一起。相互靠近使得這一大團(tuán)物質(zhì)中心處的溫度和壓強(qiáng)逐漸升高，中心處的溫度及壓強(qiáng)達(dá)到一定程度就能夠點(diǎn)燃?xì)涞暮司圩儭?/p>

木星是一顆失敗的恒星，它雖然聚集了很多氫，但中心處的溫度和壓強(qiáng)還不夠高，無(wú)法讓氫原子核結(jié)合在一起。太陽(yáng)的質(zhì)量是木星的1000余倍，太陽(yáng)上進(jìn)行著核聚變，按照經(jīng)典力學(xué)的觀點(diǎn)，太陽(yáng)中心附近的溫度和壓強(qiáng)必須使氫原子核的能量高于兩氫原子核間的勢(shì)壘。可事實(shí)上太陽(yáng)上氫原子核達(dá)不到那么高的能量，兩氫原子核是依靠量子力學(xué)中的隧道效應(yīng)靠在一起發(fā)生聚變的。參與太陽(yáng)核聚變的氫原子核，平均起來(lái)要等70多億年才獲得聚變的機(jī)會(huì)。太陽(yáng)上的核聚變之所以不會(huì)像氫彈爆炸那樣瞬間完成也是得益于氫原子核平均要排70多億年的隊(duì)。那些比太陽(yáng)質(zhì)量大的恒星，由于中心處有更高的溫度及更大的壓強(qiáng)，參與聚變的氫原子核排隊(duì)用的時(shí)間就少了，所以恒星的質(zhì)量越大其壽命反而越短。

太陽(yáng)上的溫度雖然比較高，但由于核聚變的速度比較慢，單位體積核聚變的功率非常低，大約只有人體發(fā)熱功率的十分之一。穿墻術(shù)帶來(lái)了太陽(yáng)上的核聚變，也帶來(lái)了一片冷知識(shí)。