太陽每秒鐘損失四百萬噸質量，釋放了能量，可損失的質量在哪？

這個問題要細細說，因為它非常非常複雜，同時也不好理解。我盡量把這個過程說得簡單一點。

首先，我們要搞清楚一個問題，那就是在自然界存在四種作用力，分別是引力，強力，弱力，電磁力。

那太陽核聚變和哪些作用有關係呢？

實際上，和這四種力都有關係。但最主要的是弱力和強力。

科學家一直在思考為什麼太陽會持續不斷地輻射能量，有些人認為是燒煤的，結果一算髮現，如果是燒煤的，那太陽最多能燒5000年，還沒有人類文明史時間長呢？

後來，有個叫做愛丁頓的天文學家提出，太陽的燃燒是核聚變。

這個愛丁頓其實是愛因斯坦的死忠粉，還帶隊驗證過廣義相對論，而他受到狹義相對論中質能方程的啟發。

想到了如果太陽內發生核聚變這一切就好解釋了。結果呢？他「幾乎」失敗了，因為當時的理論物理學家覺得這個主意很不靠譜，因為核聚變所需要的溫度特別特別高，而恆星的內部絕不可能達到這個問題。所以，愛丁頓的想法並沒有引起足夠的重視。

隨著理論物理學的發展，尤其是量子力學的發展，科學家發現了「量子隧穿效應」，簡單來說就是，反應雖然需要達到這麼高的溫度，但由於「量子隧穿效應」的存在，就有一定概率在不需要達到這麼高的溫度下也發生反應。

到底是什麼一直在阻擋發生核反應呢？

我們要搞清楚太陽內部的情況，我們都知道太陽大部分都是氫元素。對於我們來說，氫原子就是一個質子加一個電子。但實際上，太陽是以一種等離子的狀態存在的。

就是說，太陽內部並沒有存在的一個質子 一個電子的組合，其中質子和電子都是流離狀態的。

所以，質子和質子之間都是帶正電的，那就會同性相斥，這其實是一種叫做庫侖力的存在。而核聚變恰恰要求的是讓質子和質子之間合併成一個原子核。（至少，這是第一步）所以，就需要克服同性相斥的庫侖力。

由於溫度的本質其實是微觀粒子的熱運動，也就是說，溫度越高，質子、電子動得越歡快，能量也越大，這就會增加一定的機會撞到一起。

那太陽內部的核聚變到底是如何反應的呢？

一共有兩款，一種叫做質子-質子反應。

另外一種叫做碳氮氧循環。

由於篇幅的關係，我們主要解釋質子-質子反應鏈。

第一階段

其實第一步金星的就是兩個質子（氫原子核）融合，同時其中一個質子會釋放出一個正電子和一個中微子，稱為一個中子。

1H 1H 2H e νe

這時候的形成就是一個質子，一個中子的氘核。生成的正電子會和流離的電子發生湮滅，輻射出能量。所以，在這個環境損失的能量來自於正電子和電子的湮滅以及中微子。

不過，其實第一個步驟特別特別慢，這是因為一個質子要變成一個中子的過程是十分慢的，大概是10^9年才能實現，不過好在太陽夠大，遊離的質子夠多，所以反應才得以發生。

太陽之所以燃燒得這麼慢，其實和這個原因也是分不開的。

第二階段

第二步，其實就是氘核和一個氫核融合。

2H 1H3He γ ，這個過程也會損失部分質量，這部分質量轉化為了能量，也就是 γ射線。之所以會損失部分質量，主要來自於強力。

第三階段

其實最後的階段，有好幾條路徑，它們的目的只有一個，那就是生成氦-4。

第一條路徑是：2個氦-3核形成一個氦-4核以及兩個氫核。

He-3 He-3 He-4 H H 12.86MeV

e e2γ

第二條路徑是：一個氦-3核和一個氦-4核融合經過一系列的融合，當中還有電子和氫核加入，最終融合成兩個氦-4核，釋放出γ射線核中微子。

He-3 He-4 Be-7 γ

Be-7 e Li-7 νe

Li-7 H He-4 He-4

第三條路徑是：一個氦-3核和一個氦-4核經過一系列的融合，當中還有氫核加入，最終生成2個氦-4核。第三條路徑和第二條路徑的區別在於中間產物是不同的。

He-3 He-4 Be-7 γ

Be-7 H B-8 γ

B-8 Be-8 e νe

Be-8 He-4 He-4

三條路徑的不同之處在於溫度。

比如：第一條路徑所需的溫度是1000萬至14000開爾文；而第二條路徑所需的溫度是在1400萬至2300萬開爾文。而第三條路徑所需的溫度要求在2300萬開爾文以上。太陽其實主要依靠前兩條路徑。

在這整個過程中，我們只要比較一下氦-4核和4個氫核的質量，就會發現，大概減少了0.7%的質量。這些質量轉變成了能量。

在各個反應過程中，以γ射線以及中微子的形式釋放出去。一個完整的質子-質子反應鏈，可以得到26.73MeV的能量。

而γ射線主要是有兩個來源，一個是正電子和電子的湮滅，一個是新原子核保持穩定的狀態會釋放出一部分能量。

其實，我們所知道的α衰變、β衰變過程當中，都有伴隨著γ射線，其實就是新原子核為了穩定所釋放出的能量。

如果用粒子物理標準模型來解釋恆星核聚變的質量損失。

可以這麼理解，膠子是通過希格斯機制獲得質量的，就拿質子來說，構成質子的是三個夸克，但這三個夸克的質量僅為質子質量的百分之一左右。

剩餘接近99%的質量其實就來自於傳遞強相互作用的膠子所束縛的能量。在形成新的原子核，膠子所束縛的質量會發生改變，這部分質量轉化成了能量釋放出去。

關於恆星內部的核聚變反應機制，並非是天文學家最先提出來的，而是一群粒子物理學家。上面講述的質子-質子反應鏈，是粒子物理學家漢斯貝特在1938年提出的，並且在1967年獲得了諾貝爾物理學獎。

而恆星核聚變的另外一種方式碳氮氧循環，分別是卡爾·馮·魏茨澤克在1938年，漢斯貝特在1939年分別獨立提出來的。

最後補充一句，這裡為了方便理解，所以才使用「質量轉化為能量」的說法。實際上，根據狹義相對論，質量和能量是一回事，只是靜質量轉化為了動質量。

所以，所謂的「質量虧損」也是靜質量發生了虧損。

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