太陽急速衰老，即将毀滅地球，人(rén)類不得(de)不推動地球逃亡。爲此，人(rén)類造了(le)上萬台行星發動機，利用(yòng)其巨大(dà)的(de)推力把地球推離公轉軌道，飛(fēi)離太陽系，準備飛(fēi)向半人(rén)馬星座的(de)比鄰星。這(zhè)是春節刷屏的(de)國産硬核科幻電影(yǐng)《流浪地球》的(de)主要劇情。

《流浪地球》中有兩個(gè)基本設定：一是太陽衰老後體積擴大(dà)數百倍，對(duì)地球造成毀滅性威脅，地球必須踏上流浪之路，其二是推動地球流浪的(de)重核聚變發動機。

這(zhè)兩個(gè)設定，都有物(wù)理(lǐ)理(lǐ)論依據，且都涉及到核能的(de)另一支柱：聚變能。

聚變能，是宇宙的(de)能量源泉，所謂宇宙之火。宇宙中無數恒星的(de)形成，成長(cháng)，直至衰亡，都是核聚變直接推動的(de)。對(duì)于我們來(lái)說，核聚變既孕育了(le)太陽系，也(yě)迫使地球逃離太陽系。

讓我們從宇宙早期恒星的(de)形成說起吧。

一、太陽系的(de)誕生

在大(dà)爆炸之初，近似真空的(de)宇宙中（每立方厘米空間中含有一個(gè)氫原子），稀疏的(de)彌散著(zhe)無數的(de)氫和(hé)氦，這(zhè)些物(wù)質因爲萬有引力而相互吸引，逐漸形成了(le)一團一團的(de)星雲。随著(zhe)密度的(de)增加，星雲内的(de)溫度也(yě)不斷升高(gāo)，漸漸聚集成恒星早期的(de)原始星雲。

原始星雲繼續收縮，漸漸形成了(le)原始恒星。而星雲收縮的(de)湍流讓原始恒星開始緩慢(màn)的(de)自轉。

原始恒星的(de)自轉将表面的(de)塵埃物(wù)質集中在其赤道面附近，由于離心力的(de)作用(yòng)，一部分(fēn)物(wù)質被甩出來(lái)，形成星子，星子之間相互碰撞，聚合，形成繞原始恒星旋轉的(de)行星胚胎。同時(shí)，主要成分(fēn)爲氫氣的(de)原始恒星依然在繼續不斷塌縮。

随著(zhe)原始恒星繼續塌縮，原始恒星核心的(de)壓力和(hé)溫度不斷上升，氫原子重新變爲等離子體狀态。當恒星核的(de)密度和(hé)溫度滿足條件時(shí)，發生初的(de)輕核聚變反應：

四個(gè)氫核聚變爲一個(gè)氦核，釋放出巨大(dà)的(de)聚變能。

一顆新恒星在蒼茫的(de)宇宙中誕生，照(zhào)亮宇宙的(de)一角。太陽就是如此誕生的(de)。

随後，圍繞恒星運轉的(de)行星胚胎，則發育爲原始的(de)行星。地球就是如此誕生的(de)。

先有萬有引力形成星胎，後有輕核聚變的(de)質能轉化(huà)點亮宇宙，這(zhè)是宇宙中星系形成的(de)基本過程。

正是按這(zhè)個(gè)次序，《流浪地球》中，麥克隋在危機情況下(xià)先拜牛頓，再拜愛(ài)因斯坦，顯示了(le)我國未來(lái)年輕人(rén)較高(gāo)的(de)科學素養。

二、不是每個(gè)恒星都是太陽

當我們把恒星按質量大(dà)小排列，在觀察它們就會發現，随著(zhe)恒星質量線性增加，恒星放射出的(de)能量卻呈數量級的(de)增加，畢竟，聚變這(zhè)種宇宙之火燒到越旺，其氫燃料的(de)消耗也(yě)就越快(kuài)。

恒星質量大(dà)不一定好，因爲大(dà)恒星都是短壽的(de)。而恒星質量小，雖然長(cháng)壽，卻隻能苟安于宇宙一角，因爲其發出的(de)能量相對(duì)有限。

地球化(huà)40多(duō)億年的(de)時(shí)間孕育生命，需要兩個(gè)條件，能量和(hé)時(shí)間。進化(huà)需要漫長(cháng)的(de)時(shí)間，而能量則爲生命注入動力。

一顆小恒星的(de)光(guāng)熱(rè)不足以讓地球孕育生命，一顆大(dà)恒星由于壽命太短，幾百萬年壽命也(yě)根本不足以讓地球上的(de)原始湯進化(huà)出高(gāo)等生物(wù)。

隻有太陽這(zhè)種中等質量的(de)恒星，才能在時(shí)間和(hé)能量兩個(gè)方面取得(de)平衡，使地球在太陽一百億年壽命中，花40億年讓地球進化(huà)出人(rén)類，再提供60億年時(shí)間，讓人(rén)類找到太陽衰亡後的(de)未來(lái)。

三、地球注定流浪

現在，太陽誕生近50億年，正值壯年，也(yě)是人(rén)類發展的(de)黃(huáng)金時(shí)期，但這(zhè)種黃(huáng)金時(shí)期不可(kě)能永恒存在，因爲太陽也(yě)有壽命。

宇宙中，紅，白矮星，紅矮星，黑(hēi)矮星，蟹狀星雲，黑(hēi)洞，都是恒星死亡後的(de)屍骸，作爲一顆普通(tōng)的(de)恒星，太陽也(yě)有死亡的(de)那天。

随著(zhe)聚變反應的(de)進行，太陽内部的(de)氫不斷被消耗，形變一個(gè)不能發生核聚變的(de)氦核，維持太陽光(guāng)熱(rè)的(de)能量，隻能來(lái)源于氦核外層的(de)氫聚變反應。随著(zhe)時(shí)間推移，氦核越來(lái)越大(dà)，氦核周圍的(de)溫度和(hé)密度越來(lái)越低。

當氫的(de)消耗達到15%時(shí)，太陽就開始不穩定了(le)。這(zhè)個(gè)時(shí)候，太陽開始走向生命的(de)終點。這(zhè)是約50億年後的(de)事。

這(zhè)個(gè)時(shí)候，地球能留在原地，送太陽母親一程嗎？不行！因爲太陽的(de)死亡是狂暴的(de)，他(tā)要毀滅周圍的(de)一切！

太陽的(de)氦核由于不産生能量，所以其溫度是一樣的(de)，稱之爲同溫氦核。當這(zhè)個(gè)氦核質量達到太陽質量的(de)15%左右時(shí)，氦核内部溫度頂不住自身引力，會猛烈的(de)向中心塌縮。

塌縮會使得(de)氦核産生巨大(dà)的(de)能量。這(zhè)些能量使得(de)太陽的(de)外殼開始急劇膨脹，增加到原來(lái)體積的(de)數百倍，這(zhè)個(gè)時(shí)候，如果地球還(hái)停留在原來(lái)的(de)位置，會被燒得(de)連渣都不剩。

這(zhè)個(gè)時(shí)候，地球不得(de)不離開太陽，尋找新的(de)母星作爲依靠。《流浪地球》雖然是科幻小說的(de)情景，但地球卻真的(de)注定要流浪。

世界末日是真實存在的(de)，隻是在50億年之後。所以正如劉慈欣所說：“總要有人(rén)思考世界末日。”

四、終ji解決方案，重核聚變

地球在宇宙中流浪，需要消耗巨大(dà)的(de)能量，如《流浪地球》中所描述，的(de)能源是聚變能。但是普通(tōng)的(de)氫聚變不僅成本高(gāo)，而且地球上氫儲量，也(yě)根本無法支撐地球克服太陽的(de)引力去流浪。

地球靠什(shén)麽流浪？太陽已經給人(rén)類提供了(le)解決方案，重核聚變。

要推動地球要流浪，人(rén)類所能想到的(de)靠譜的(de)能量，隻能來(lái)源于重核聚變（盡管這(zhè)個(gè)設定細節上有許多(duō)BUG）。

關于重核聚變，《流浪地球》中并沒有細說，隻是簡單地說了(le)一句“燒石頭”。但這(zhè)些科幻情節，在宇宙中其實每天都在發生。

太陽在同溫氦核塌縮後，馬上涅槃重生，變爲了(le)一顆紅。此時(shí)的(de)太陽，将進行一種更驚豔的(de)核聚變反應：氦核聚變。

在可(kě)控核聚變都還(hái)是夢想的(de)今天，談重核聚變似乎太過于科幻。但事實上，華麗變身後，成爲紅的(de)太陽，正是靠著(zhe)重核聚變能，維持它的(de)新的(de)生命曆程。

太陽氦核的(de)塌縮，使得(de)太陽中心的(de)溫度繼續升高(gāo)。當溫度達到1億度，密度達到1噸每立方厘米時(shí)，氦核開始發生聚變反應。

兩個(gè)氦核聚變生成一個(gè)铍核，并發出的(de)伽馬射線。

同時(shí)，

一個(gè)氦核和(hé)一個(gè)铍核反應，生成一個(gè)碳核，并發出伽馬射線。

此時(shí)，涅槃後的(de)太陽作爲一顆新生的(de)紅，繼續點亮宇宙。約10億年後，當氦消耗得(de)差不多(duō)的(de)時(shí)候，如同太陽次塌縮一樣，太陽繼續塌縮，産生更高(gāo)的(de)溫度和(hé)密度。這(zhè)個(gè)時(shí)候，進一步的(de)重核聚變反應繼續發生：

碳和(hé)氫聚變形成氧，氧繼續聚變，形成氖和(hé)鎂……

随著(zhe)太陽中心溫度和(hé)密度繼續升高(gāo)，這(zhè)些聚變生成的(de)重核再繼續聚變，後，核心溫度可(kě)以達到10億度以上，聚變反應直到聚變爲鐵終止。因爲鐵之後的(de)聚變反應，不産生能量，而是要吸收能量。

在宇宙中，一百億年很短，太陽在紅的(de)後階段，可(kě)能會發生超新星爆發，用(yòng)自己後的(de)能量照(zhào)亮宇宙，形成瑰麗奇妙的(de)星雲，一如現在的(de)蟹狀星雲，而餘下(xià)的(de)内核，則變成白矮星，然後變成紅矮星，終變成不發光(guāng)的(de)黑(hēi)矮星，成爲自己在宇宙中的(de)後形象。

而太陽物(wù)質抛射形成的(de)星雲，又可(kě)能重新聚合，形成新的(de)恒星或行星，孕育新的(de)智慧生命。

不論從時(shí)間和(hé)空間上來(lái)說，人(rén)類都是渺小的(de)，在宇宙中連一粒塵埃都算(suàn)不上。我們常常用(yòng)蚍蜉撼大(dà)樹，來(lái)嘲笑(xiào)他(tā)人(rén)自不量力。從上帝視角看，人(rén)類這(zhè)些塵埃都算(suàn)不上的(de)東西去思考整個(gè)宇宙，豈不是有點荒唐？

然而，如果蚍蜉真的(de)撼動了(le)大(dà)樹，那種震撼絕不亞于超新星爆發。而人(rén)類以其智慧撼動的(de)宇宙的(de)一角，那種震撼也(yě)非言語可(kě)以形容的(de)。

在《流浪地球》中，當觀衆看到地球被可(kě)以驗證的(de)物(wù)理(lǐ)原理(lǐ)推動（雖然有BUG），緩慢(màn)遠(yuǎn)離地球時(shí)，觀衆感受到的(de)不僅僅是震撼，還(hái)能看到撼動宇宙的(de)希望，這(zhè)正是劉慈欣的(de)硬科幻魅力之所在。

這(zhè)裏，再展望一下(xià)核聚變。目前，雖然離掌握可(kě)控的(de)氫聚變還(hái)有一段距離，但人(rén)類在可(kě)控核聚變方面已經取得(de)了(le)很大(dà)的(de)進展，人(rén)類的(de)思想，應該可(kě)以不懼怕時(shí)間。

也(yě)有人(rén)過于樂(yuè)觀，認爲掌握了(le)可(kě)控核聚變技術就等于掌握了(le)宇宙終ji能源，但實際上，掌握氫聚變，隻是邁出探索聚變技術的(de)步，更苛刻的(de)重核聚變技術，終将需要人(rén)類去探索。

畢竟，地球注定要流浪。

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