量子隧穿效应——看造物主如何设计让质子衰变的…而且是可控的那种…

首先你要了解一下量子隧穿现象是多么滴怪异，请你设想一个在平地上滚动的球。球滚着滚着，忽然遇到了一座圆形的小山丘。接下来会发生什么要取决于球滚动的速度。它要么会滚上山顶、然后从另一侧滑下来；要么因能量不足，滚到一半就滚不动了，只好沿原路滚落。。。不过，量子世界中的粒子并不会遇到这种情况。即使一个粒子所拥有的能量不足以攀上山顶，有时依然能抵达另一侧山脚，就好像粒子在山底下挖了条隧道、然后从另一侧钻了出来一样。

格里菲斯大学的研究团队做了个相关实验，他们先是将铷原子冷却到1纳开尔文左右，然后用激光使它们朝着一个方向缓慢移动。接着，他们用另一道激光挡住了铷原子的去路，创造了一道约1.3微米厚的光学屏障——实验中的原子在屏障内部所耗的时长约为毫秒——而且他们还验证了隧穿粒子的能量越低、或者运动速度越慢，在屏障内部的耗时就越短。这一结论看上去与直觉相悖，因为按照我们对日常生活的认知，速度越慢的粒子在屏障内部的运动时间应当越长才对。

但是我们的小质子就是个这样子的低温低速地量子隧穿高手。在太阳核聚变中，两个质子正是利用怪异滴量子隧穿这一神奇的小概率事件完成了太阳核反应连锁公式中最重要的基础一环。两个氢核H1+H1=He2(氦_2)

当两个带正电的质子发生碰撞时，平常情况下它们只是简单地碰撞，然后会相互反弹开——不会发生核聚变。倘若要实现核聚变，氢_1也叫氕核(原子核中只有一个质子)——即质子必须具有足够能量来克服库仑位势垒，使得原子核与原子核之间的距离小于10nm，这能量大约为1MeV，足足约为原子核平均热动能的1000倍。因此，单独热动能并不能克服库仑位势垒来促成核聚变。这时候正是量子隧穿效应起到了关键机制——它能够让原子核穿越库仑位势垒，从而促成核聚变。

在太阳上两个带正电的质子在合适的(低)温度和(高)密度下——两个质子正是通过量子隧穿来完成这关键一步——它们可以融合在一起形成可能你从未听说过的氦的状态:由两个质子，没有中子组成的双质子组合。

氦_2是氦的同位素，同氢_1一样，只有质子没有中子。但氦_2由于有两个质子，因此存在着很大的斥力。双质子属于一种极其不稳定的结构，绝大多数时候，会衰变回两个质子。但每隔一段时间，少于%双质子就会经历β+衰变，在衰变过程中会释放出正电子(电子的反粒子)、中微子，质子在衰变过程中会转化为中子。

这时我们将得到氘（氢的一个重同位素_原子核内有一个中子和一个质子——氘也叫重氢，是氢弹的重要材料）。

同时我们还能得到一个反物质：一个正电子（但它会立即与一个电子湮灭，产生伽马射线）。呵！也就是说这两个质子中有一个质子被强行剥离了一个正电子，

同时释放了能量——1个正电子和1个负电子湮灭为两个光子，并损失了约为初始质子质量的1‰，最后还有一个中微子，它会以接近光速的速度逃逸。

太阳及宇宙其他恒星中形成氦_4最常见的路径:两个质子在量子力学的作用下产生一个双质子，双质子偶尔衰变成氘，氘与一个质子融合生成氦-3，两个氦-3原子核融合生成氦_4，在这个过程中吐出两个质子。

但是事实上，氦_4不仅比两个质子和两个中子轻，它还比四个单独的质子轻!虽然质量相差没有那么多，只有0.7%，但只要量足够大，那么损失的质量还是非常大的。在我们的太阳中，大约每秒钟就有4×10^38个质子聚变成氦_4；这就是太阳损失质量输出能量的过程，也是太阳平稳滴输出光热的功率。

那么偶为何要说造物作弊呢？(额！~或者说这个自然造物滴设计太精工巧妙了~太厉害了哈！）

第一是因为量子隧穿效应。本来绝对稳定不衰变的质子，它在太阳内部不仅低能量-低温隧穿了（这也正好符合我上面的太阳内部是冷的推断），而且还因为号称比宇宙命长的稳定质子损失了质量，也就是说质子级微黑洞蒸发成立——它在恒星核反应中普遍存在。

还有第二条——是因为反应几率。。。

在太阳内部，最主要的反应是质子+质子反应，其隧穿概率大约为10，然而，隧穿概率并不是反应概率（reaprobability），另外还有几种关系到反应概率的重要因素，例如，贝塔衰变的速率。隧穿概率及反应概率极度地与温度有关，太阳内部必须有一个如核电厂那样可控的温度区间才能使得太阳内部的反应率变得合理，从而促成长时期地静燃烧氢原子，而不是核爆那种呈次方递增式的大爆发反应。太阳这种稳定地静燃烧氢原子时期长达几十亿年，从而使得行星世界复杂的多细胞生命得以演化。

这也就是说——太阳的核聚变反应很可能是被某种机制/程序控制着。

而且还有一个疑问一直在额心中环绕——话说质子和电子质量相差巨大，却带有一样的电荷，这不奇怪么？它们正负相反却有正好相等的电量更像是被分配的，而不是根据其自身质量自然获得的……

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