在20世纪初，人们已经对物质的运动方式有了十分清晰的了解：在物质中检测出正、负、中性电荷的粒子后，我们由此知道原子模型由上述不同种类的电荷构成：质子、电子和中子。
由于我们还无法对原子进行直接观测，所以上面的模型也不一定是完全反映事实的，最有可能的是原子并非完美的个体。不过，不论它真实与否，都已经成为原子的忠实代表，并帮助人们十分有效地预测了一些化合物之间的反应行为、所生成的新物质、会散发出何种类型的辐射，以及预测那些尚未被发现的元素可能包含的属性。
下面我快速地解释一下原子模型，以便大家跟上后续的讲解。
质子带正电荷，电子带负电荷。质子位于原子核中，由于其相同的电荷属性，因此相互排斥。没有电荷的中子也存在于原子核中，他们的作用是在一定程度上防止质子分离，使它们不至于因加速过度而无法稳定存在于原子核内。另一方面，电子在外部绕原子核旋转。
当一个原子内的质子与电子数量相同时，则处于电平衡状态。换言之，原子内的正负电荷数相同就可以达到平衡状态，届时整个原子的电荷呈现中性。
您有没有思考过，众多化学元素之间的本质区别到底在哪里？黄金与铁为何不同？氧气因何为氧气？其根本原因在于各个元素原子核内所含质子的不同。
氢是最简单的化学元素，其原子核内只有一个质子，外部有一个电子围绕其旋转。再举一些例子，铁元素原子核内有26个质子，汞元素中有80个，金元素的原子核中有79个质子，仅仅与汞相差一个质子。
嗯，实际上它们之间的区别不仅限于此。在原子核中每增加一个质子，为了使整个原子的正负电荷达到平衡状态，都会增加相应数量的电子，应该还会增加部分中子。不过这些实例可以让我们更加清楚地了解到具有不同特性的材料实际上也是由同样的三种亚原子粒子构成：质子、中子和电子。
接下来，我们开始下一个知识点的讲解。
您还记得么，直到不久前人们还痴迷于炼金术，因为相信运用这种方法可以将任意材料变为黄金。嗯，有些诡异的是今天这一想法已经变为现实……
不过我们使用的工具是粒子对撞机而非“贤者之石”[1]。这种技术的原理是将相对较轻的原子与较重的原子相撞，希望它们的原子核可以就此结合，从而实现新原子内的质子数增加，形成新的元素。
事实上，这是一个合成新化学元素的过程。有趣的是，原子核对撞而引起质子数增加的原理与恒星之间保持平稳运行状态的原理相同。
下面就介绍一些历史背景。
1920年，基于弗朗西斯·威廉·阿斯顿对某些原子核质量较轻元素质量的测定及爱因斯坦E=mc2的方程式，亚瑟·爱丁顿提出假设，认为恒星之所以会发出光芒是因为其运行过程中自身所含的氢元素之间发生了粒子对撞，从而形成了氦元素。这个过程会释放出巨大的能量，其中产生的热能使得星体开始发光。后来，事实证明他是正确的。
在太阳内核中，具有单个质子和中子的氢原子两两之间相互作用产生氦元素，在其原子核中包含两个质子和两个中子。
“不过，若是太阳的中心在持续地发生热核爆炸……难道不会因爆炸而飞散开吗？为什么还能一直保持球体状态呢？”(www.xing528.com)
幸运的是，这些恒星外部的壳足以承受其内部核爆所产生的能量。
然而在那时，爱丁顿还不知道他的理论是正确的。这个关于星体中心在发生着核聚变的假设引出了另一个问题：每一颗恒星中的氢元素都是有限的，所以在核聚变的后期，星体内部就会出现大量的氦气。这个时候核聚变反应又会产生什么情况呢？
核物理学家汉斯·贝特在1939年发表的一篇文章中回答了这个问题，在文中他详细解释了在那些与太阳大小相似的恒星中，氢元素反应形成氦元素的过程，并指出这是热量的主要来源。在这篇著作中，他还提到了一种二次反应链，在此过程中氦原子核能够联结在一起形成质量更大的元素，这一链条被称为碳-氮-氧循环。
在那些类似太阳大小的恒星中，初期的热量与压力并不足以使上述情况发生。在星体寿命即将终结时，氢气被消耗殆尽，星体内部因此失去了许多稀疏的空间。这时，恒星的重力就会压缩内部空间，压力随之增加。
这也就使得剩余的氢气星体核心周围开始反应并产生巨大的热能，迅速让恒星温度升高，开始膨胀。
在这一阶段，星体可以膨胀至其原来大小的150倍，而内部核聚变产生的热能将平均分布于面积更加宽广的表面上，也就意味着其表面温度会降低。由此，这些恒星就成为红巨星，因为温度较低，它们看起来发出了红色的光芒。
对于类似太阳大小的中等恒星来说，故事就走向终结了：当星体核心处残余的氢气也被耗尽，温度上升至千万摄氏度，足以使氦气发生反应。而整个恒星中全部的氦气几乎同时开始进行聚变，一瞬间产生巨大的白光。恒星外层物质在周围空间中四散开来，众多能量在衰减，其中的物质在高温中闪耀着白光……这就是白矮星。
不过，对于那些比太阳大得多的恒星来说，这个过程还不止于此。由于它们质量更大，其内部氦元素可以合成碳元素，甚至还能将碳元素合成其他质量更大的元素。要知道，原子核越大，发生反应需要消耗的能量就越多。
我应该解释一下，聚变反应的双方并不仅限于那些具有相同质子数的元素。在一系列反应的过程中，一些氦原子会与氢原子结合形成锂原子，其原子核中就含有三个质子。
关键在于，那些质量巨大的恒星在核聚变中消耗完氢元素的储备后，就会开始合成氦元素，即使氦元素也全部反应完了，它们也会继续形成原子核内质子数越来越多的元素：氦、碳、氧、硫、硅、铬……越到后面，元素质量越重，需要的能量就越多。
如果一颗恒星足够大，这种核聚变反应将一直维持下去，直到镍元素出现，这种金属在聚变时需要吸收的能量大于其裂变过程中产生的能量。当有足够多的镍元素积聚在星体内部时，核聚变反应就会停止。当然了，一旦内部的反应结束，也就不存在什么能量来抵消恒星本身的引力作用了。
恒星通过这种巨大的、不受损耗的引力持续进行加速，一切物质都冲向中心并且似野兽般地向内压缩。最终，压力过于强烈以至于在整颗恒星范围内触发核聚变，足以使得比镍元素更重的物质产生核聚变。上述反应释放出的能量会让星体在不受控的条件下发生爆炸，并以极快的速度将所有物质释放到太空中，其闪耀的光芒可以掩盖星体所在星系内其他物体的光亮。
现在，我们称之为超新星。
历史上，人们曾经多次观察到这种星爆现象。值得一提的是发生在1054年的那一次，这颗爆发的超新星在夜空中比除了月球之外的任何星体都要明亮，全世界每一种文化的资料中都有对它的记载，人们甚至在此后的23个白昼中还能对其进行观察。这颗超新星最终逐渐失去亮度，两年后才消失在夜空中。
[1] 贤者之石，传说中可以使非贵重金属变为黄金的物质。——译者注
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