不可逆的恆星演化是否能決定宇宙的命運，絕對能，但只能決定一半
2020-10-18 星辰大海種花家從恆星演化的核聚變聯想到宇宙終結，是不是說得有點誇張了？不過這誇張與否不是種花家說了算，我們先來了解一下這個過程，然後再來下定義看看宇宙的命運跟這個過程是否有關係？
什麼是恆星的核聚變？
1920年亞瑟·愛丁頓和讓·巴蒂斯特·佩蘭提出了恆星是從氫核聚變成氦的過程中獲得能量，並且提出了這個過程可能形成更重的元素。但當時科學家經過計算，認為太陽內部條件無法讓氫的同位素氕的原子核克服庫倫障壁達到聚變條件，一度讓科學界對這發光的太陽很是苦惱，不過喬治·伽莫夫在1928年發現了量子隧穿效應，讓太陽內部發生巨變的條件有了理論基礎！
1932年澳洲科學家馬克·歐力峰發現了核聚變反應鏈，揭示了元素生成機制，1939年漢斯·貝特在《恆星的能量生產》論文中分析了氫聚變成氦可能的不同反應（質子鏈反應和碳氮氧循環），至此恆星發光的理論大致成型！
質子鏈反應，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，這就是核聚變的過程，當然我們人類能正在努力實現的也就是氚氘核聚變，因為相對於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多餘的種子，不過這個中子帶走了大部分能量，還很難處理！
核聚變的終點是什麼？
一般我們核聚變中誕生氦四就不用考慮，因為往後的條件不是我們人類能達到的，也許未來可以，但我們能預期的數十年內只要實現氦三聚變，那就是超級大突破了！但恆星不是，只要恆星質量足夠大，那麼它就能繼續生成如下元素：
氦4 → 鈹8 → 碳12 → 氧16 → 氖20 → 鎂24 → 矽28 → 硫32 → 氬36 → 鈣40 → 鈦44 → 鉻48 → 鐵52 → 鎳56
但很多資料中介紹恆星聚變只會生成鐵，其實也沒錯，因為鎳-56會衰變，經電子捕獲而衰變成鈷-56，並最終衰變成鐵-56，所以說恆星聚變的最終元素是鐵並沒錯，但各位只要知道，其實是能生成鎳的。
當然在恆星超新星爆發前，還有一個重元素誕生的過程，即慢中子捕獲，這個過程是原子核捕獲一個中子產生β衰變成為質子，原子序數+1，這個過程可以一直進行，通過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中通過快中子捕獲誕生，這個過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。
這個過程可逆嗎？
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，兩者都通過損失的質量產生巨大的能量，但兩者相遇位置就在恆星聚變的最終產物鐵，也就是說只要條件足夠，重核的裂變也就到鐵為止，不可能重回氫元素時代了！
元素的比結合能表
什麼樣的條件才能夢回唐朝？達到讓所有元素稱為氫元素時代？其實也很簡單，讓宇宙重新來一次大坍縮，物質都被壓縮成熾熱的能量時代，然後再來一次大爆炸，從大爆炸過程中重新產生夸克膠子，結合成中子質子，再原初聚變成氫氦鋰等原子核，然後冷卻後再誕生氫原子氦原子與微量鋰原子等......
關乎宇宙的命運，那麼這個結果隨我們定的嗎？當然不是，不過我們可以來圍觀下這個結果，看看是否合乎你的意願！
核聚變和宇宙的未來有關係嗎？
核聚變和宇宙的未來其實關係並不大，它只能決定宇宙一半的未來，當然我們很有興趣圍觀一下這一半的未來到底是什麼狀況？
上圖是一顆恆星在超新星爆發前夕的分層結構，各位可以發現外部的氫殼佔了很大一部分，其實在真實的恆星結構中，氫的比例還要增加，比如太陽的白矮星時代將保留50-60%的質量，外殼有將近一半的氫、氦元素被拋棄，而更高質量的恆星這個比例會更高，也就是說當超新星爆炸時，大部分氫元素都沒有利用。
太陽的命運
太陽就是一顆三代恆星，因為從太陽的重元素比例上分析得出的結論！而太陽系的誕生還有眾多的行星，所有的行星物質都來自於超新星爆發的塵埃帶，簡單一點形容，連生命都來自於超新星爆發！但有一個不幸的消息要告訴大家，太陽未來將不會再超新星爆發，也就是說恆星-超新星爆發-恆星這個循環過程將會中斷！太陽熄滅後，太陽系將一片黑暗！
對於太陽系這是好事，畢竟超新星爆發沒有一顆行星能擋得住，不過紅巨星時代的氦閃也擋不住，但對於宇宙來說，像太陽這種不會爆發超新星的恆星，宇宙也許是不喜歡的，因為它的未來就是自身燒完就算數了！
宇宙的半個命運
不過要提醒一下的是太陽是一顆黃矮星，而有些超新星爆發後星雲中誕生的紅矮星，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的，甚至遠遠超過各位的想像，高達數千億甚至上萬億年，所以即使現在處處遍布紅矮星，那麼它們的光還可以照亮宇宙上萬億年！
但紅矮星也有熄滅的時刻，等到那一天來臨，白矮星和中子星的角動量和重力勢能早已耗盡，紅矮星也逐漸熄滅，那麼宇宙的未來將陷入一片黑暗！
宇宙的命運就這麼簡單？
宇宙的死亡就是熄燈那麼簡單？其實遠不是，因為早在哈勃發現宇宙膨脹以前，弗裡德曼就根據愛因斯坦的引力場方程計算過宇宙的形狀，當時條件很差，特別是宇宙物質分布不清楚，而弗裡德曼假設了一個宇宙各向同性的條件，結果計算出宇宙可能有三個形狀，
當然並不是到弗裡德曼就終止了，因為這三個都有可能，未來會符合發展呢？
1929年哈勃發現宇宙膨脹，膨脹+1
1933年弗裡茲·扎維奇通過維裡定理推斷出暗物質存在，收縮+1
1964年彭齊亞斯和R.W.威爾遜發現宇宙微波背景輻射。
1989年COBE衛星發現宇宙微波背景輻射差異極小，表示弗裡德曼的假設是正確的 +1
1998年通過觀測Ia型超新星發現宇宙膨脹超過預期而提出暗能量的概念，宇宙膨脹+10
2013年普朗克衛星觀測到宇宙微波背景輻射在萬分之六的精度上各向同性。
此前天文學家已經利用宇宙微波背景輻射測量宇宙的形狀，發現結果就是弗裡德曼度規中K=0時描述的宇宙是平坦的，趨向於無窮大，而且膨脹曾在加速！
如果按這個命運發展下去，夢回唐朝的奢望是破裂了，而且不斷膨脹的宇宙終有一天會將星系撕裂，將物質撕裂成基本粒子，所以準確的說聚變只能決定宇宙一半的命運，另一半命運由宇宙自身所決定！
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