從恒星演化的核聚變聯(lián)想到宇宙終結(jié)，是不是說(shuō)得有點(diǎn)夸張了？不過(guò)這夸張與否不是種花家說(shuō)了算，我們先來(lái)了解一下這個(gè)過(guò)程，然后再來(lái)下定義看看宇宙的命運(yùn)跟這個(gè)過(guò)程是否有關(guān)系？

什么是恒星的核聚變？

1920年亞瑟·愛(ài)丁頓和讓·巴蒂斯特·佩蘭提出了恒星是從氫核聚變成氦的過(guò)程中獲得能量，并且提出了這個(gè)過(guò)程可能形成更重的元素。但當(dāng)時(shí)科學(xué)家經(jīng)過(guò)計(jì)算，認(rèn)為太陽(yáng)內(nèi)部條件無(wú)法讓氫的同位素氕的原子核克服庫(kù)倫障壁達(dá)到聚變條件，一度讓科學(xué)界對(duì)這發(fā)光的太陽(yáng)很是苦惱，不過(guò)喬治·伽莫夫在1928年發(fā)現(xiàn)了量子隧穿效應(yīng)，讓太陽(yáng)內(nèi)部發(fā)生巨變的條件有了理論基礎(chǔ)！

1932年澳洲科學(xué)家馬克·歐力峰發(fā)現(xiàn)了核聚變反應(yīng)鏈，揭示了元素生成機(jī)制，1939年漢斯·貝特在《恒星的能量生產(chǎn)》論文中分析了氫聚變成氦可能的不同反應(yīng)（質(zhì)子鏈反應(yīng)和碳氮氧循環(huán)），至此恒星發(fā)光的理論大致成型！

質(zhì)子鏈反應(yīng)，氕聚變成氘，氘再和氕聚變成氦三，氦三和氦三再聚變成氦四，這就是核聚變的過(guò)程，當(dāng)然我們?nèi)祟惸苷谂?shí)現(xiàn)的也就是氚氘核聚變，因?yàn)橄鄬?duì)于氕氕核聚變或者氕氘核聚變，氘氚核聚變的條件就低多了！

氚氘核聚變生成氦四和一個(gè)多余的種子，不過(guò)這個(gè)中子帶走了大部分能量，還很難處理！

核聚變的終點(diǎn)是什么？

一般我們核聚變中誕生氦四就不用考慮，因?yàn)橥蟮臈l件不是我們?nèi)祟惸苓_(dá)到的，也許未來(lái)可以，但我們能預(yù)期的數(shù)十年內(nèi)只要實(shí)現(xiàn)氦三聚變，那就是超級(jí)大突破了！但恒星不是，只要恒星質(zhì)量足夠大，那么它就能繼續(xù)生成如下元素：

氦4 → 鈹8 → 碳12 → 氧16 → 氖20 → 鎂24 → 硅28 → 硫32 → 氬36 → 鈣40 → 鈦44 → 鉻48 → 鐵52 → 鎳56

但很多資料中介紹恒星聚變只會(huì)生成鐵，其實(shí)也沒(méi)錯(cuò)，因?yàn)殒?56會(huì)衰變，經(jīng)電子捕獲而衰變成鈷-56，并最終衰變成鐵-56，所以說(shuō)恒星聚變的最終元素是鐵并沒(méi)錯(cuò)，但各位只要知道，其實(shí)是能生成鎳的。

當(dāng)然在恒星超新星爆發(fā)前，還有一個(gè)重元素誕生的過(guò)程，即慢中子捕獲，這個(gè)過(guò)程是原子核捕獲一個(gè)中子產(chǎn)生β衰變成為質(zhì)子，原子序數(shù)+1，這個(gè)過(guò)程可以一直進(jìn)行，通過(guò)慢中子捕獲可以生成一半重元素！

另外的重元素將在鐵核崩潰的超新星爆發(fā)中通過(guò)快中子捕獲誕生，這個(gè)過(guò)程和慢中子捕獲差不多，但快中子捕獲的原子核需為鐵，快中子捕獲提供另一半重元素的誕生。

這個(gè)過(guò)程可逆嗎？

不是有裂變嗎？聚變是輕核聚變成重核，而裂變是重核裂變成輕核，兩者都通過(guò)損失的質(zhì)量產(chǎn)生巨大的能量，但兩者相遇位置就在恒星聚變的最終產(chǎn)物鐵，也就是說(shuō)只要條件足夠，重核的裂變也就到鐵為止，不可能重回氫元素時(shí)代了！

元素的比結(jié)合能表

什么樣的條件才能夢(mèng)回唐朝？達(dá)到讓所有元素稱為氫元素時(shí)代？其實(shí)也很簡(jiǎn)單，讓宇宙重新來(lái)一次大坍縮，物質(zhì)都被壓縮成熾熱的能量時(shí)代，然后再來(lái)一次大爆炸，從大爆炸過(guò)程中重新產(chǎn)生夸克膠子，結(jié)合成中子質(zhì)子，再原初聚變成氫氦鋰等原子核，然后冷卻后再誕生氫原子氦原子與微量鋰原子等......

關(guān)乎宇宙的命運(yùn)，那么這個(gè)結(jié)果隨我們定的嗎？當(dāng)然不是，不過(guò)我們可以來(lái)圍觀下這個(gè)結(jié)果，看看是否合乎你的意愿！

核聚變和宇宙的未來(lái)有關(guān)系嗎？

核聚變和宇宙的未來(lái)其實(shí)關(guān)系并不大，它只能決定宇宙一半的未來(lái)，當(dāng)然我們很有興趣圍觀一下這一半的未來(lái)到底是什么狀況？

上圖是一顆恒星在超新星爆發(fā)前夕的分層結(jié)構(gòu)，各位可以發(fā)現(xiàn)外部的氫殼占了很大一部分，其實(shí)在真實(shí)的恒星結(jié)構(gòu)中，氫的比例還要增加，比如太陽(yáng)的白矮星時(shí)代將保留50-60%的質(zhì)量，外殼有將近一半的氫、氦元素被拋棄，而更高質(zhì)量的恒星這個(gè)比例會(huì)更高，也就是說(shuō)當(dāng)超新星爆炸時(shí)，大部分氫元素都沒(méi)有利用。

• 太陽(yáng)的命運(yùn)

太陽(yáng)就是一顆三代恒星，因?yàn)閺奶?yáng)的重元素比例上分析得出的結(jié)論！而太陽(yáng)系的誕生還有眾多的行星，所有的行星物質(zhì)都來(lái)自于超新星爆發(fā)的塵埃帶，簡(jiǎn)單一點(diǎn)形容，連生命都來(lái)自于超新星爆發(fā)！但有一個(gè)不幸的消息要告訴大家，太陽(yáng)未來(lái)將不會(huì)再超新星爆發(fā)，也就是說(shuō)恒星-超新星爆發(fā)-恒星這個(gè)循環(huán)過(guò)程將會(huì)中斷！太陽(yáng)熄滅后，太陽(yáng)系將一片黑暗！

對(duì)于太陽(yáng)系這是好事，畢竟超新星爆發(fā)沒(méi)有一顆行星能擋得住，不過(guò)紅巨星時(shí)代的氦閃也擋不住，但對(duì)于宇宙來(lái)說(shuō)，像太陽(yáng)這種不會(huì)爆發(fā)超新星的恒星，宇宙也許是不喜歡的，因?yàn)樗奈磥?lái)就是自身燒完就算數(shù)了！

• 宇宙的半個(gè)命運(yùn)

不過(guò)要提醒一下的是太陽(yáng)是一顆黃矮星，而有些超新星爆發(fā)后星云中誕生的紅矮星，或者宇宙最初期就誕生了紅矮星，而這些紅矮星的壽命超長(zhǎng)的，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)各位的想象，高達(dá)數(shù)千億甚至上萬(wàn)億年，所以即使現(xiàn)在處處遍布紅矮星，那么它們的光還可以照亮宇宙上萬(wàn)億年！

但紅矮星也有熄滅的時(shí)刻，等到那一天來(lái)臨，白矮星和中子星的角動(dòng)量和重力勢(shì)能早已耗盡，紅矮星也逐漸熄滅，那么宇宙的未來(lái)將陷入一片黑暗！

宇宙的命運(yùn)就這么簡(jiǎn)單？

宇宙的死亡就是熄燈那么簡(jiǎn)單？其實(shí)遠(yuǎn)不是，因?yàn)樵缭诠l(fā)現(xiàn)宇宙膨脹以前，弗里德曼就根據(jù)愛(ài)因斯坦的引力場(chǎng)方程計(jì)算過(guò)宇宙的形狀，當(dāng)時(shí)條件很差，特別是宇宙物質(zhì)分布不清楚，而弗里德曼假設(shè)了一個(gè)宇宙各向同性的條件，結(jié)果計(jì)算出宇宙可能有三個(gè)形狀，

當(dāng)然并不是到弗里德曼就終止了，因?yàn)檫@三個(gè)都有可能，未來(lái)會(huì)符合發(fā)展呢？

1929年哈勃發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹，膨脹+1

1933年弗里茲·扎維奇通過(guò)維里定理推斷出暗物質(zhì)存在，收縮+1

1964年彭齊亞斯和R.W.威爾遜發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景輻射。

1989年COBE衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景輻射差異極小，表示弗里德曼的假設(shè)是正確的 +1

1998年通過(guò)觀測(cè)Ia型超新星發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹超過(guò)預(yù)期而提出暗能量的概念，宇宙膨脹+10

2013年普朗克衛(wèi)星觀測(cè)到宇宙微波背景輻射在萬(wàn)分之六的精度上各向同性。

此前天文學(xué)家已經(jīng)利用宇宙微波背景輻射測(cè)量宇宙的形狀，發(fā)現(xiàn)結(jié)果就是弗里德曼度規(guī)中K=0時(shí)描述的宇宙是平坦的，趨向于無(wú)窮大，而且膨脹曾在加速！

如果按這個(gè)命運(yùn)發(fā)展下去，夢(mèng)回唐朝的奢望是破裂了，而且不斷膨脹的宇宙終有一天會(huì)將星系撕裂，將物質(zhì)撕裂成基本粒子，所以準(zhǔn)確的說(shuō)聚變只能決定宇宙一半的命運(yùn)，另一半命運(yùn)由宇宙自身所決定！