每核子结合能

为什么聚变对轻元素能释放能量，到了铁却不再划算？答案藏在一条著名的曲线里。一个原子核由质子和中子（合称核子）构成，靠强核力维系在一起。要把原子核拆开需要能量，而这“结合能”除以核子数，就量度出每个粒子被抓得有多紧。每核子结合能，正是这把“握力”的高度——把它对原子质量作图，便道尽了核能从何而来的全部故事。

对最轻的元素，曲线陡然上升，在铁和镍附近达到峰值，随后对更重的元素缓慢下降。峰值意味着铁族原子核结合得最紧、最稳定，是核子能量最低的排列方式。把两个轻核聚成一个结合得更紧的核，会把结合能之差作为可用的能量释放出来——这正是氢、氦、碳等聚变点亮恒星的原因。释放的能量来自相应的质量损失，遵循 E=mc^2。

由于曲线在铁处达到峰值，你既可以把比铁轻的元素朝铁聚合来释放能量，也可以把比铁重的元素朝铁分裂来释放能量（这正是核裂变的基础）。但一旦恒星核心变成了铁，它就坐在了能量谷的谷底：再没有哪种核反应能释放能量了。试图聚变铁反而会消耗能量，从而抽走压力支撑，触发灾难性的塌缩。这一条曲线，同时解释了恒星为何发光，以及最大质量的恒星为何注定爆炸。