不可逆的核聚变，它是否能决定宇宙的命运？也许能，但只有一半

遐错螂渤箔

从恒星演化的核聚变联想到宇宙终结，是不是说得有点夸张了？不过这夸张与否不是种花家说了算，我们先来了解一下这个过程，然后再来下定义看看宇宙的命运跟这个过程是否有关系？

什么是恒星的核聚变？

1920年亚瑟·爱丁顿和让·巴蒂斯特·佩兰提出了恒星是从氢核聚变成氦的过程中获得能量，并且提出了这个过程可能形成更重的元素。但当时科学家经过计算，认为太阳内部条件无法让氢的同位素氕的原子核克服库伦障壁达到聚变条件，一度让科学界对这发光的太阳很是苦恼，不过乔治·伽莫夫在1928年发现了量子隧穿效应，让太阳内部发生巨变的条件有了理论基础！

1932年澳洲科学家马克·欧力峰发现了核聚变反应链，揭示了元素生成机制，1939年汉斯·贝特在《恒星的能量生产》论文中分析了氢聚变成氦可能的不同反应（质子链反应和碳氮氧循环），至此恒星发光的理论大致成型！

质子链反应，氕聚变成氘，氘再和氕聚变成氦三，氦三和氦三再聚变成氦四，这就是核聚变的过程，当然我们人类能正在努力实现的也就是氚氘核聚变，因为相对于氕氕核聚变或者氕氘核聚变，氘氚核聚变的条件就低多了！

氚氘核聚变生成氦四和一个多余的种子，不过这个中子带走了大部分能量，还很难处理！

核聚变的终点是什么？

一般我们核聚变中诞生氦四就不用考虑，因为往后的条件不是我们人类能达到的，也许未来可以，但我们能预期的数十年内只要实现氦三聚变，那就是超级大突破了！但恒星不是，只要恒星质量足够大，那么它就能继续生成如下元素：

氦4 → 铍8 → 碳12 → 氧16 → 氖20 → 镁24 → 硅28 → 硫32 → 氩36 → 钙40 → 钛44 → 铬48 → 铁52 → 镍56

但很多资料中介绍恒星聚变只会生成铁，其实也没错，因为镍-56会衰变，经电子捕获而衰变成钴-56，并最终衰变成铁-56，所以说恒星聚变的最终元素是铁并没错，但各位只要知道，其实是能生成镍的。

当然在恒星超新星爆发前，还有一个重元素诞生的过程，即慢中子捕获，这个过程是原子核捕获一个中子产生β衰变成为质子，原子序数+1，这个过程可以一直进行，通过慢中子捕获可以生成一半重元素！

另外的重元素将在铁核崩溃的超新星爆发中通过快中子捕获诞生，这个过程和慢中子捕获差不多，但快中子捕获的原子核需为铁，快中子捕获提供另一半重元素的诞生。

这个过程可逆吗？

不是有裂变吗？聚变是轻核聚变成重核，而裂变是重核裂变成轻核，两者都通过损失的质量产生巨大的能量，但两者相遇位置就在恒星聚变的最终产物铁，也就是说只要条件足够，重核的裂变也就到铁为止，不可能重回氢元素时代了！

元素的比结合能表

什么样的条件才能梦回唐朝？达到让所有元素称为氢元素时代？其实也很简单，让宇宙重新来一次大坍缩，物质都被压缩成炽热的能量时代，然后再来一次大爆炸，从大爆炸过程中重新产生夸克胶子，结合成中子质子，再原初聚变成氢氦锂等原子核，然后冷却后再诞生氢原子氦原子与微量锂原子等......

关乎宇宙的命运，那么这个结果随我们定的吗？当然不是，不过我们可以来围观下这个结果，看看是否合乎你的意愿！

核聚变和宇宙的未来有关系吗？

核聚变和宇宙的未来其实关系并不大，它只能决定宇宙一半的未来，当然我们很有兴趣围观一下这一半的未来到底是什么状况？

上图是一颗恒星在超新星爆发前夕的分层结构，各位可以发现外部的氢壳占了很大一部分，其实在真实的恒星结构中，氢的比例还要增加，比如太阳的白矮星时代将保留50-60%的质量，外壳有将近一半的氢、氦元素被抛弃，而更高质量的恒星这个比例会更高，也就是说当超新星爆炸时，大部分氢元素都没有利用。

太阳的命运

太阳就是一颗三代恒星，因为从太阳的重元素比例上分析得出的结论！而太阳系的诞生还有众多的行星，所有的行星物质都来自于超新星爆发的尘埃带，简单一点形容，连生命都来自于超新星爆发！但有一个不幸的消息要告诉大家，太阳未来将不会再超新星爆发，也就是说恒星-超新星爆发-恒星这个循环过程将会中断！太阳熄灭后，太阳系将一片黑暗！

对于太阳系这是好事，毕竟超新星爆发没有一颗行星能挡得住，不过红巨星时代的氦闪也挡不住，但对于宇宙来说，像太阳这种不会爆发超新星的恒星，宇宙也许是不喜欢的，因为它的未来就是自身烧完就算数了！

宇宙的半个命运

不过要提醒一下的是太阳是一颗黄矮星，而有些超新星爆发后星云中诞生的红矮星，或者宇宙最初期就诞生了红矮星，而这些红矮星的寿命超长的，甚至远远超过各位的想象，高达数千亿甚至上万亿年，所以即使现在处处遍布红矮星，那么它们的光还可以照亮宇宙上万亿年！

但红矮星也有熄灭的时刻，等到那一天来临，白矮星和中子星的角动量和重力势能早已耗尽，红矮星也逐渐熄灭，那么宇宙的未来将陷入一片黑暗！

宇宙的命运就这么简单？

宇宙的死亡就是熄灯那么简单？其实远不是，因为早在哈勃发现宇宙膨胀以前，弗里德曼就根据爱因斯坦的引力场方程计算过宇宙的形状，当时条件很差，特别是宇宙物质分布不清楚，而弗里德曼假设了一个宇宙各向同性的条件，结果计算出宇宙可能有三个形状，

当然并不是到弗里德曼就终止了，因为这三个都有可能，未来会符合发展呢？

1929年哈勃发现宇宙膨胀，膨胀+1

1933年弗里兹·扎维奇通过维里定理推断出暗物质存在，收缩+1

1964年彭齐亚斯和R.W.威尔逊发现宇宙微波背景辐射。

1989年COBE卫星发现宇宙微波背景辐射差异极小，表示弗里德曼的假设是正确的 +1

1998年通过观测Ia型超新星发现宇宙膨胀超过预期而提出暗能量的概念，宇宙膨胀+10

2013年普朗克卫星观测到宇宙微波背景辐射在万分之六的精度上各向同性。

此前天文学家已经利用宇宙微波背景辐射测量宇宙的形状，发现结果就是弗里德曼度规中K=0时描述的宇宙是平坦的，趋向于无穷大，而且膨胀曾在加速！

如果按这个命运发展下去，梦回唐朝的奢望是破裂了，而且不断膨胀的宇宙终有一天会将星系撕裂，将物质撕裂成基本粒子，所以准确的说聚变只能决定宇宙一半的命运，另一半命运由宇宙自身所决定！


原文地址：今日头条

大头226

一边说红矮星寿命长达干亿、万亿年，一边又说宇宙始于146亿年前大爆炸，很矛盾。也说明宇宙没什么大爆炸，宇宙原来就有，没有开始，也没有死亡之时，永远存在，有亿亿亿……无限年。

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