氫彈打敗了太陽？

王明廣

在人類看來，太陽簡直就是一個巨大的能量輸出體。在其中心到0.25倍太陽半徑的范圍內，每時每刻都在進行著四個氫核聚變成一個氦核的核聚變反應，這個區域也稱為太陽的核反應區。在這里，每秒鐘有6000億千克的氫經過熱核聚變反應為5960億千克的氦，并釋放出相當于40億千克的氫的能量（通過E=mc2將質量轉化為能量）。劇烈的核反應使得太陽核心處溫度高達1500萬攝氏度，其壓強也達到了2000億個大氣壓。人類目前已知的熔點最高的物質Ta4HfC5（五碳化四鉭鉿）的熔點為4215攝氏度，這意味著任何我們熟悉的物體，放到太陽的核心，都會被燒得“連灰都不剩”，這真是令人恐懼。

不過令人意外的是，在制造高溫的能力上面我們居然可以打敗太陽，并且用的還是同樣的方式。這是什么情況呢？

這和一種超級武器——氫彈有關。原子彈利用的是核裂變的原理，而氫彈和太陽一樣，利用的都是核聚變的原理。核聚變的能量是比核裂變要大得多的，差距能達到兩到三個數量級。但是核聚變可比核裂變難實現多了，由于核裂變的重原子本身具有衰變的性質，使其發生裂變所需的條件并不苛刻。但是核聚變需要將較輕的原子拆離并重新組合成較重的原子。不管是將原子拆離，還是將原子結合，都需要巨大的能量，還需要反應滿足一定的高溫、高壓的條件。所以，氫彈內部都需要有小型的原子彈，原子彈爆炸產生極高的溫度和壓強，從而將氫彈引爆，產生更高的溫度。

令人驚訝的是，據蘇聯還有美國早期氫彈實驗的報告顯示，氫彈產生的溫度能高達2億攝氏度甚至3億攝氏度，是太陽核心溫度——1500萬攝氏度的幾十倍！氫彈真的能和太陽相比？以冷戰期間蘇聯所制造的名為“沙皇炸彈”的氫彈為例，“沙皇炸彈”是有史以來人類所引爆過的最強大的氫彈，也是迄今為止人類制造出威力最大的氫彈，它的爆炸當量相當于6000萬噸TNT（二戰中“小男孩”原子彈的爆炸當量僅為1.5萬噸TNT），它釋放出了2×1017焦耳的能量。不過，這和太陽相比就是小菜一碟了，太陽一秒鐘釋放的能量就有4×1026焦耳，是沙皇炸彈釋放總能量的20億倍，這能量的絕大部分就是來自于太陽核心的核反應區。

但為什么太陽產生的溫度比氫彈產生的溫度小得多呢？其實，雖然太陽發生核聚變的場所只位于太陽核心的部分區域，且這部分區域只占太陽體積的1%。但這個1%也不可小視——太陽的直徑大約是140萬千米，是地球直徑的100多倍，所以其體積大得驚人——為地球的130萬倍，所以1%的太陽體積相當于1.3個地球那么大了。所以太陽所產生的能量是分布在巨大的體積上的，這導致了太陽核心所釋放的能量密度并不比沙皇炸彈所釋放的能量密度大——太陽核心平均每立方米每秒鐘釋放出相當于3×10-18 千克質量的能量，但是燃料都位于1立方米內的沙皇炸彈，瞬間就將超過2千克質量的物質轉化為了能量。可見，氫彈產生的溫度比太陽還高是可以理解的。