Это очень глупый вопрос, но я однажды читал, что слияние возможно, когда волновая функция, описывающая положение частицы, перекрывается с волновой функцией другой частицы, но я думаю, что не совсем понимаю это. Означает ли это, что эти частицы имеют одинаковое вероятное положение? У них одинаковая позиция? (Я не думаю, что у них одинаковая позиция из-за принципа исключения Паули, но я мало что знаю об этом.)
Я предполагаю, что у вас не было строгого математического представления о квантовой механике. Дайте мне знать, если вы это сделаете, и я могу указать вам на более конкретный материал.
Трудно сказать, что именно вы читали, но вот мое предположение.
Существует кулоновское отталкивание между двумя протонами, величина которого равна: куда это расстояние между двумя протонами. Это означает, что отталкивание становится чрезвычайно сильным, когда два протона приближаются друг к другу. Вы можете думать об этом эффективно как о «барьере», через который протоны не могут легко проникнуть. Это электростатическая сторона истории.
Что на самом деле вызывает ядерный синтез, так это сильное ядерное взаимодействие, которое представляет собой тип фундаментальной силы с чрезвычайно коротким эффективным радиусом действия. То есть, чтобы два протона начали ядерный синтез, они должны будут подойти друг к другу очень близко.
Итак, электростатическое отталкивание затрудняет синтез. Если бы два протона оказались достаточно близко друг к другу, так что сильное взаимодействие вызвало бы синтез, им потребовалась бы «смехотворная» начальная кинетическая энергия. В противном случае они будут отталкиваться кулоновской силой, прежде чем попадут в область сильных взаимодействий. Если вы выполняете расчет (полу-)классически, кинетическая энергия (температура), необходимая для преодоления электростатического барьера, является практически невозможной величиной. (Под «классически» я имею в виду «без учета квантовой механики».)
Вот тут-то и вступает в дело квантовая механика. Квантовая механика описывает частицы с волновыми функциями, охватывающими диапазон положений (и других физических переменных), а не определенные точечные положения.
Квантовые волновые функции часто позволяют частицам иметь ненулевую вероятность существования в так называемой «классически запрещенной» области. Это означает, что даже если энергия частицы может быть слишком мала для преодоления энергетического барьера, квантовая механика допускает некоторую конечную вероятность появления частицы за барьером. Это также называется эффектом «квантового туннелирования». Я думаю, это то, что в тексте, который вы читаете, называется «перекрывающейся волновой функцией».
Итак, при энергии (температуре) намного ниже той, которая требуется согласно классическому расчету, протоны имеют некоторую (низкую, но конечную) вероятность сблизиться настолько, что сильное взаимодействие может запустить процесс синтеза. Следовательно, процесс ядерного синтеза начинается при гораздо более низкой, несколько допустимой температуре.
(Я назвал участвующие частицы «протонами», предполагая водородно-водородное столкновение, но тот же принцип применим и к более тяжелым ядрам.)
Нет, но вы на правильном пути. Слияние происходит, когда определенные ядра сближаются настолько, что короткодействующая ядерная сила начинает преобладать над кулоновским отталкиванием. Помните, что все ядра имеют положительный заряд, пропорциональный числу протонов в ядре. Когда два ядра сближаются, возникает сильное кулоновское отталкивание. Это одна из причин, по которой так трудно производить реакции синтеза. Если они соберутся достаточно близко друг к другу, чтобы вступить в действие ядерная сила, они могут образовать разные ядра (элементы). Разница в энергиях связи между начальным и конечным ядрами представляет собой энергию, выделяющуюся в реакции синтеза. Одна из причин, по которой Солнце может поддерживать ядерный синтез, заключается в том, что ядро звезды имеет такую высокую плотность, что атомы / ядра находятся близко друг к другу, что позволяет происходить синтезу.
IanC