能量无处不在，那如果地球能源用尽了，我们自己造一个太阳如何？
说起能量，大家都会觉得这是一个再熟悉不过的词语了，但是细究一下什么是能量，可能很多人就会语塞。的确，能量这个概念我们既熟悉又陌生：高速运动的汽车具有动能，高山上的巨石具有重力势能，发电站供给着生产生活所需的电能，海洋具有潮汐能，地心具有地热能，风具有风能，煤炭具有化学能，物质内部蕴含着内能，等等，五花八门的能量形式让人眼花缭乱。
但是，这些能量是从哪里来的？宇宙中能量的源泉到底是什么？
小朋友们可能会觉得很简单，能量的来源不就是燃料吗？石油、天然气、煤炭，供给着全人类看似难以计数的能量。实际上，石油、天然气、煤炭这类化石能源是亿万年前的动植物死亡后被逐渐埋入地下，经过高温高压的过程形成的有机物聚集体。
这些化石能源中的化学能又是从何而来的呢？植物通过光合作用将水和空气中的二氧化碳转化成了糖类等有机物质，例如纤维素、淀粉等。光合作用的本质就是让二氧化碳分子中的碳原子之间相互建立共价键，将太阳能转化储存在碳—碳键中，变成化学能。而燃烧则是一种剧烈的氧化还原反应，是反向地将化石燃料中的碳—碳键打断，从而将化学能释放出来，供人类生产生活使用。光合作用不仅成为一切生命体能量的基础来源方式，也让处在工业社会的人类享受到了积蓄亿万年的化石燃料遗产。所以，化石燃料中的化学能依然来自太阳，化石燃料只是太阳能的一种存储方式而已。
其实，地球上的一切自然能源，从根源上来讲都来自太阳，是太阳能转化而成的。既然来自太阳，那就说明地球上的能源是有限的，人们自然而然就会思考，我们是否能够跳出太阳能源的框架，寻找到一种不是来自太阳的无限能源，让人类在能源利用上一劳永逸？
答案是肯定的。
我想大家的第一反应就是核能。这个答案算正确，但并不是标准答案。
宇宙中最高效的能量产生方式是将物质转化为能量，也就是消耗物质产生能量。爱因斯坦用他著名的质能方程（E = mc2）告诉我们：1克物质如果全部转化为能量，将会产生90万亿焦耳能量，相当于大约2500万度的电能。所以，物质蕴含的能量是极其巨大的，而核能就是物质转化而成的能量。
核能的产生有两种形式——核裂变反应与核聚变反应。核裂变反应是重金属元素的原子核在一定条件下分裂为多个中等重量的原子核，分裂之后有约千分之一的物质转化为能量并释放出来。虽然物质转化为能量的比例很低，但是这个能量已经足以让人们通过建设大型核电站来得到充足的清洁能源，甚至制造出像原子弹这样的大规模杀伤性武器。那么问题来了，核裂变反应得到的核能是源于太阳吗？
前面讲过，原子序数大于26号铁元素（Fe）的重元素都是由超新星爆发而形成的，这个过程促使铁原子在吸收大量能量的前提下继续进行核聚变，从而形成一系列的重元素。故而重元素核裂变反应所释放的能量本质上是超新星爆发时所吸收的能量。从这个角度来讲，核裂变能也是恒星所释放的能量转化而来的，并没有从根本上制造新的能量。
核能中的核聚变能才是标准答案。
由于核聚变反应就是太阳发光的反应，所以想要得到脱离于太阳的能量，现阶段最好的方式就是自己制造一个新太阳。
太阳的燃烧反应是将四个氢原子聚变为一个氦原子，这个过程中会有约千分之七的物质转化为能量，效率远远高于核裂变反应。如果能够在地球上实现可控核聚变反应，那么人类就相当于重新制造了一个新太阳，从而摆脱地球上能源有限的束缚，实现人类文明的进一步飞跃，人类已经开始在这条路上不断地进行探索了。
自然界中最容易实现的核聚变反应是氢（H）的同位素——氘（D）与氚（T）之间的聚变。地球的海水中储存着几十万亿吨的氘核，虽然氚核储量稀少，但人类可以通过用中子轰击锂原子核来制备氚核，因为锂元素在地球上储量也很丰富，故而要在地球上制造太阳，原料是完全不用发愁的。(www.xing528.com)
人造太阳的难点是温度的控制。
想要发生核聚变反应，就要让氘核与氚核相互碰撞，由于原子核都带有正电荷，因此在相互靠近时正电荷之间会产生相互排斥的库仑静电力，并且库仑力会随着两个原子核之间距离的缩短而急剧上升。
据测算，想要使氘核与氚核突破库仑力的阻碍而发生相互碰撞，就要将氘和氚的混合物加热到上亿摄氏度。虽然得到1亿摄氏度对现代人类科技而言已经不是难事，但如何让人造太阳这台机器在1亿摄氏度下不被破坏并且长久地维持内部温度，才是一个重大课题。
人类目前已知的最强耐热材料为碳化钽铪（Ta4HfC5），它的熔点可以达到4000℃以上。也就是说，即使使用碳化钽铪这种超强的耐热材料所制造出的人造太阳，也只能耐受4000℃的温度。相比于1亿摄氏度，简直可以忽略不计。所以，不能通过常规方法来解决这个问题。
当氘-氚混合物被加热到1亿摄氏度时，氘原子核与氚原子核已经无法控制疯狂运动的核外电子，使得电子变为自由电子，而原子核也变为自由原子核，这种状态被称为等离子态。由于氘核与氚核失去了电子，从而显示出本身具有的正电荷，那么这种带电的粒子就可以用磁场来控制了。
带电粒子在磁场中运动会受到洛伦兹力的作用，从而可以通过控制磁场来控制带电粒子的运动轨迹。故而人们想到可以设计一个环形跑道，通过施加一个强大的磁场，让氘-氚等离子体就只能在这个环形跑道中运动，并且相互碰撞发生核聚变反应。而在环形跑道之外，温度较低的位置，建造一个大型的换热装置来接收核聚变反应产生的巨大能量，并将其转化为电能。由于任何材料与设备都不直接接触上亿摄氏度的等离子体，而是通过看不见的磁场将参与核聚变的物质牢牢地控制在环形跑道内，故而人造太阳便不会被高温破坏。
但是，上亿摄氏度的等离子体动能十分巨大，故而能够约束它们的磁场强度也必须非常大。磁场来源于电流，为了得到超强的磁场，就需要输入巨大的电流，从而得到一个超强电磁铁。但是电流越大，电磁铁中的电阻所造成的电能损失也越大，电磁铁发热也越严重，不但很难进一步提升电流强度，还会因为电磁铁过热而导致设备损坏，造成危险。这个时候，人们会自然而然地联想到，如果使用一种没有电阻的导体来制作电磁铁，就可以轻而易举地提升电流强度而不会产生发热的问题。
超导体完美地解决了这个问题。人们发现，含有汞（Hg）、铌（Nb）、钽（Ta）、铅（Pb）、锆（Zr）、钇（Y）、铜（Cu）、钨（W）、钡（Ba）等元素的金属或合金，在低温环境中会出现超导效应，也就是电阻降为0。人类已经将超导材料应用于人造太阳的研发，可是现有的超导材料，至少也需要将温度降低至-130℃才能出现超导效应，所以更高温度的超导材料，甚至是常温超导材料是人类不断探索的目标。到那个时候，人造太阳可能就会达到商业应用的程度，从根本上为人类解决能源危机问题。
虽然可控核聚变反应可以帮助人类摆脱太阳能量的约束，让人类不再为能源问题烦恼，但是核聚变反应依然只有千分之七的物质能转化为能量，如此低的转化率给人类进一步探索能源形势提供了足够的想象空间。有没有能够将物质完全转化为能量的途径呢？
答案依然是肯定的。
其实，我们的宇宙中存在一类物质，这类物质也是由质子、中子、电子这些基本粒子组成，但是这些基本粒子所携带的电荷却和地球上的物质完全相反，也就是质子带负电，电子带正电，我们称这些粒子为反质子、反电子或负质子、正电子，而由它们所组成的物质则被称为反物质。
当反物质与正常物质相互碰撞时就会发生湮灭现象，也就是两种物质都消失了，同时湮灭的物质完全转化为能量。湮灭过程实现了100%的物质—能量转化，能量输出强度可以达到核聚变反应的几百倍，仅仅1克物质湮灭，就可以释放出广岛原子弹爆炸所释放的能量，故而反物质可能才是宇宙的终极能源。
宇宙中反物质的比例很低，绝大多数为正常物质，而到目前为止人类通过人工合成的方法也只得到了十分之一纳克（1纳克=10-9克）的反物质。所以要想开发宇宙的终极能源，人类的科技探索之路还非常遥远。当然，宇宙中为什么反物质稀少而以正常物质为主导，至今仍然是个谜。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
