如果说核聚变不可控，那么太阳的聚变如何自我控制？ 季索清，虚己游世 太阳中心的压力主要是气体的热压、而不是辐射压。气体的热压主要是由于气体粒子的微观热运动产生的，而辐射压是光子提供且仅仅是温度的函数。 当星体的质量接近 60－90 倍的太阳质量的时候，辐射压才开始有不可忽略的影响。值得注意的是，对于辐射压占主导的恒星，恒星恰好在稳定和不稳定的边缘（可以由 Virial theorem 得出系统的总能量趋近于 0，而稳定的束缚系统要求总能量小于 0）；因而辐射压限定了恒星质量的上限。 那么接下来，我关于这个问题再延伸一下： 物理学中有两个很重要的概念：平衡与稳定。在日常生活中，这两个概念差不多；但在物理学中，两者是完全不同的。 比如下图中的两个系统（存在摩擦力和重力），两者都是平衡的；然而，只有左边的系统是稳定的。检验的方法是：用足够小的（“足够小”在下文有精确描述）尺度给两个小球施加一个扰动，那么左边的球会逐渐回到原来的位置，而右边的球会落下来。 这个简单的例子却反映了物理学中关于稳定性分析的一个重要方法： 写下系统的平衡方程； 引入一个足够小的扰动项，这里“足够小”指的是与系统尺度相比足够小。比如在上文的例子中，对小球的扰动幅度较之于当地的曲率半径要足够小； 线性化包含扰动项的平衡方程，并分析该扰动项随时间的演化情况。如果扰动项随时间衰减，则系统对于该扰动稳定，反之则不稳定。 以上可能过于抽象，那么举个例子： 比如一个男生追一个妹子。妹子不会那么轻易让男生得手，她们往往要考验该男生是否可靠；用物理的语言来说，就是检验男生的稳定性。检验的手段多种多样：赴约迟到，打电话发短信不回…… 这样一段时间后，如果这些扰动在男生身上能逐渐衰减——男生也许当时很生气、但之后能够一如既往地对妹子好，那么男生就通过了稳定性检验，妹子也就追到手了。 友情提示：也许你看到这个稳定性分析的方法，也想对妹子尝试一下——千万不要，因为你在第一步就失败了：你永远不能写下妹子的平衡方程。 下面我们就可以分析太阳（乃至主序星）的稳定性了： 太阳是平衡的，在这个平衡中对抗的双方分别是向内的重力和向外的气体热压，其中气体热压由太阳中心的核聚变提供。重力和热压在同一个量级上，Virial theorem 可以描述这个平衡。 那么为了分析系统的稳定性，我们给系统施加一个扰动，比如让重力稍稍把太阳压缩一些，导致中心的密度升高一些。那么接下来的过程是： 中心密度升高 -> 中心核反应加剧（核反应速率是密度和温度的函数）-> 核反应产能增加 -> 中心温度增加 -> 气体的热压强增加（热压强是温度和密度的函数）-> 压强稀释物质导致密度降低 所以，我们从一个密度升高的状态，达到了一个密度降低的状态；这个过程是一个负反馈。负反馈保证了系统的稳定性。 那么，是否存在对核聚变反应不稳定的星体呢？是存在的，比如白矮星。白矮星主要由碳和氧构成，由于其非常致密，中心起主导作用的压强不是气体热压，而是电子简并压。在下面的分析中，我们不需要具体了解什么是简并压，只要记住：气体热压同时是温度和密度的函数，但电子简并压仅仅是密度的函数，与温度无关。 同样的，我们稍稍把白矮星压缩一些，接下来的过程是： 中心密度升高 -> 中心核反应加剧（核反应速率是密度和温度的函数）-> 核反应产能增加 -> 中心温度增加 -> 简并压不变（简并压不是温度的函数）但核反应速率增加（核反应速率随温度增加而增加） -> 更多核反应产能 -> 更高的温度 -> 更大的核反应速率 -> 更多核反应产能 -> 更高的温度 ... -> 爆发成热核反应型（Ia 型）超新星或坍缩成中子星 从这个例子中我们可以看出，系统的正反馈是不稳定性的来源。 值得指出的是，白矮星由于中微子冷却快于中心的核反应，白矮星一般是渐渐冷却下来的，所以是稳定的；只有通过一些特殊的物理过程（比如撞击或吸积），使得核反应突然超过中微子冷却，才会导致不稳定从而爆发为超新星。 像太阳这样的小质量恒星，由于质量小，中心温度也就低（又是 Virial theorem 给出的），反应到碳和氧元素就终止了，最终会形成白矮星。对于大质量恒星，中心的密度温度足够高，会一直反应到铁元素。由于铁的聚变不但不提供热量、反而吸收热量，原本平衡中热压强的一方就消失了，引力占主导从而坍缩成中子星 / 黑洞或者爆发成核坍缩型（II 型）超新星。 另一个正反馈的例子，是暗能量模型。我们从日常经验中知道，比如一个气球，如果温度不变而我们把气球体积变大一些，气球内部的压强会减小，所以气球体积会变小直到恢复到原来的体积，内部和外部气体的压强重新得到平衡。 但对于暗能量，当体积变大时压强不是减少、而是增加。所以这个不稳定的过程是，体积变大 -> 压强增加 -> 体积变大 -> 压强增加… 因而，宇宙在暗能量的作用下是加速膨胀的。 最后，再回顾一下回答中提到的一些很有意义的物理思想： 平衡与稳定的概念及其检验； 负反馈、正反馈和稳定性； “足够小”、“足够大”的表述本身是没有意义的，要与相关的系统尺度的比较才有意义：比如在物理中，我们说星星离地球很远，是把星星的距离和地球半径比较而言的；说水很深，是把水的深度和水波的波长比较而言的。 查看知乎原文
