恒星質(zhì)量比起行星質(zhì)量而言通常大得驚人，人們可能以為恒星在自身的巨大引力作用下將會(huì)徹底塌縮，從一個(gè)“大球”變成一個(gè)“小球”，但恒星在漫長的生命周期過程中沒有變成坍縮的黑洞，在恒星內(nèi)發(fā)生的核聚變反應(yīng)阻止了它在自身引力下發(fā)生的塌陷。恒星由千千億、萬萬億個(gè)原子組成，作為一個(gè)球型天體的恒星在圓周的所有方向都會(huì)發(fā)生收縮，原子在向內(nèi)收縮時(shí)發(fā)生了相互碰撞。

氣體云在恒星形成初期的溫度很低，原子在發(fā)生相互碰撞之后“彈來彈去”，很難粘連和聚合在一起，當(dāng)恒星產(chǎn)生在自身引力下的持續(xù)壓縮時(shí)，原子的相互碰撞變得越來越頻繁，恒星中心區(qū)的溫度隨之上升得很快，原子的相互碰撞提升了恒星內(nèi)的溫度，溫度上升反過來加劇了原子的相互碰撞，在高溫高壓條件下發(fā)生的碰撞使得原子獲得了相互融合的足夠能量，原子核之間的融合被物理學(xué)家稱為核聚變反應(yīng)。

恒星內(nèi)部的熱核反應(yīng)有雙重功效，一是熱核反應(yīng)將核能轉(zhuǎn)化為熱能，釋放的熱量將恒星物質(zhì)加熱，熱輻射壓力阻止了恒星產(chǎn)生引力塌縮的趨向，熱輻射膨脹和引力的收縮產(chǎn)生了平衡，恒星在數(shù)十億年的演變中獲得了十分穩(wěn)定的物理機(jī)制保障。二是熱核反應(yīng)將輕元素轉(zhuǎn)化為重元素，從氫聚變?yōu)楹ら_始，緩慢地產(chǎn)生了人們今日觀測到的锝元素。人們骨骼內(nèi)的鈣元素、珠寶器物中的金元素都是通過恒星核合成的方式產(chǎn)生的。

不同的核反應(yīng)過程產(chǎn)生了不同的物質(zhì)元素，在地面實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行原子核聚變反應(yīng)十分困難，60多年來，科學(xué)家通過“恒星實(shí)驗(yàn)室”尋找核聚變的物理機(jī)制，他們希望將驅(qū)動(dòng)恒星演變的能量機(jī)制應(yīng)用于發(fā)電之類造福人類的項(xiàng)目，從人造核聚變裝置中獲得電力的來源，核能源是一種高效的清潔能源，出于保護(hù)地球生態(tài)環(huán)境、減少碳排放的迫切需求，開發(fā)安全的核能源是人類目前的最好選擇。

今日物理學(xué)家仍在揭示物質(zhì)元素的起源之謎，天文學(xué)家使用了收集元素信號的多種方式。越來越多不同年齡的恒星進(jìn)入了天文學(xué)家的視線，他們通過觀測和統(tǒng)計(jì)大致了解了宇宙所有元素的形成機(jī)制，在宇宙大爆炸初期產(chǎn)生了簡單的物質(zhì)元素，不同年齡的恒星在晚期大爆發(fā)中鍛造了復(fù)雜的物質(zhì)元素。過去10年，在大量觀測成果的基礎(chǔ)上，科學(xué)家繪制了一幅物質(zhì)元素家族十分復(fù)雜的圖像，從中顯示了元素的產(chǎn)生比原先的預(yù)測更為寬闊。

什么類型的恒星、什么樣式的恒星爆炸事件帶來了什么樣的物質(zhì)元素？人們還不完全清楚其中的物理機(jī)制，找不到所有問題的答案，這正是人們探求的目標(biāo)和方向。物理學(xué)家確信，所有的恒星爆發(fā)事件釋放了不同種類的元素，物質(zhì)元素混合在洶涌翻滾的塵埃氣體之中，下一代的恒星和行星——其中包括我們的太陽和地球從摻雜不同元素的氣體云中產(chǎn)生。人們身體內(nèi)的物質(zhì)元素同樣來源于原始的恒星云團(tuán)，生命絕不是起源于某種宇宙意志或某種靈魂附體。

最近的創(chuàng)生元素事例發(fā)生在一對雙中子星的碰撞與合并，世界各地的電磁波段望遠(yuǎn)鏡觀測到了從中子星事件發(fā)出的電磁輻射，位于美國的兩個(gè)引力波干涉儀天文臺(tái)收到了從中子星事件產(chǎn)生的引力波，第一次從兩個(gè)觀測臺(tái)同時(shí)發(fā)現(xiàn)了“中子星災(zāi)難”信號。在“全球采風(fēng)”的中子星事件觀測活動(dòng)中，科學(xué)家找到了所謂的鑭系元素，包括鋱、釹、鏑等，它們是制造手機(jī)零部件的稀有元素物質(zhì)。

科學(xué)家在發(fā)現(xiàn)锝元素的時(shí)代“你追我趕”，目前，世界各國的核科學(xué)家在多個(gè)加速器實(shí)驗(yàn)室開展項(xiàng)目研究，期望從中找到所有核物理機(jī)制的解釋。改變?nèi)藗冋J(rèn)識(shí)自然的偉大發(fā)現(xiàn)不會(huì)每天都有發(fā)生，科學(xué)家在發(fā)現(xiàn)之旅的一生中不一定受到“發(fā)現(xiàn)之神”的惠顧。但科學(xué)團(tuán)隊(duì)的協(xié)同和合作比過去顯得更為有效，他們將“零零碎碎”的發(fā)現(xiàn)片段拼合在一起，展現(xiàn)了一幅物質(zhì)元素如何形成的宏偉畫卷，他們通過集思廣益的合作攻關(guān)，正在完成一幅體現(xiàn)人類科學(xué)水平的“最后拼圖”。

使用新的大型望遠(yuǎn)鏡，進(jìn)行精確的天文觀測，隨著技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)和知識(shí)的加速積累，科學(xué)家揭示了遙遠(yuǎn)恒星的更多奧秘。除了天空觀測的方式，他們應(yīng)用了先進(jìn)的加速器，全方位地探索物質(zhì)元素的形成機(jī)制，加速器和恒星內(nèi)的核反應(yīng)遵循同樣的物理機(jī)制，實(shí)驗(yàn)室成果加深了人們對恒星核反應(yīng)原理的認(rèn)識(shí)。在復(fù)雜而高速的計(jì)算機(jī)模擬幫助下，科學(xué)家把所有觀測的結(jié)果以約束的參數(shù)輸入物理模型，以計(jì)算機(jī)圖像還原事件的始末，從未知現(xiàn)象尋找線索的努力可能導(dǎo)致下一次的重要發(fā)現(xiàn)。

（編譯：2018-5-31）