最初,物理学家们认为恒星发光发热的能量完全来自引力势能。他们认为在气体星云收缩为恒星时,气团的引力势能会转化为热能,使恒星温度升高,发光发热。不过,他们认为,此后维持这一发光发热过程的能量依然来源于引力势能,来源于恒星物质的继续收缩。也就是说,引力能是恒星热能和光能的唯一来源。著名物理学家开尔文和亥姆霍兹等人就持这种观点。
然而,后来发现恒星的寿命很长,达到几十亿年,恒星物质的引力势能远不能维持如此长时间的发光发热。于是英国天体物理学家爱丁顿提出,恒星的能量源泉是核的聚变反应(即通常所说的热核反应),是4个氢核聚合成氦核的聚变反应。
当时核物理学尚不发达,许多核物理学家认为氢核(质子)所带的正电荷会同性相斥,它们不可能聚合到一起。要使质子靠近,需要给它们提供足够的动能,也就是说,恒星温度要非常高,而当时估计的恒星温度远没有这样高。
针对核物理学家认为恒星温度不够高,不可能形成氢聚合成氦的热核反应的观点,爱丁顿高傲地回答:“我们不同那些说恒星温度不够高的批评者争辩,我们只告诉他们,往前走,去找到为什么会有更高温度的理由。”
历史表明,爱丁顿是对的,恒星的收缩的确可以使其中心的温度非常高,同时压强非常大,使得质子的动能达到足以克服它们之间的静电斥力,相互靠近而发生热核反应的程度。而且,随着核物理学的发展,人们认识到,当质子、中子等核子趋近到10 -15 米(原子核大小)的时候,会出现一种远比静电斥力强大得多的吸引力——核力(即强相互作用力)。正是这种核力把质子、中子聚拢在一起,形成稳定的原子核。
爱丁顿使学术界认识到,恒星的能源不是引力势能,而是聚变反应释放的核能。万有引力势能的作用仅限于“点火”,即原来温度不高,不会产生聚变反应的恒星物质,在万有引力作用下收缩,引力势能转化为热能,使恒星温度不断升高,压强不断增大,直到恒星中心部分的温度和压强达到了诱发热核反应的程度,完成聚变反应的点火。此后,恒星发光发热的能源就不再是引力能,而是核能了。
现在知道,以太阳为代表的主序星的热核反应为
即4个氢核(质子),聚合生成一个氦核(由两个质子和两个中子组成)、两个正电子e + (与通常我们熟悉的电子类似,只不过带的是正电荷)和两个中微子 ν ,并释放出核能。