Es ist eine sehr dumme Frage, aber ich habe einmal gelesen, dass eine Fusion möglich ist, wenn sich die Wellenfunktion, die die Position eines Partikels beschreibt, mit der Wellenfunktion eines anderen Partikels überschneidet, aber ich glaube, ich verstehe das nicht ganz. Bedeutet dies, dass diese Teilchen dieselbe wahrscheinliche Position haben? Haben sie die gleiche Position? (Ich glaube nicht, dass sie aufgrund des Pauli-Ausschlussprinzips die gleiche Position haben, aber ich weiß nicht viel darüber.)
Ich gehe davon aus, dass Sie keine rigorose mathematische Auseinandersetzung mit der Quantenmechanik hatten. Lassen Sie es mich wissen, wenn Sie dies tun, und ich kann Sie auf spezifischeres Material hinweisen.
Es ist schwer zu sagen, was genau Sie gelesen haben, aber hier ist meine Vermutung.
Es gibt eine Coulomb-Abstoßung zwischen zwei Protonen, deren Größe ist: wo ist der Abstand zwischen den beiden Protonen. Dies impliziert, dass die Abstoßung extrem stark wird, wenn sich die beiden Protonen einander nähern. Sie können sich dies effektiv als "Barriere" vorstellen, die die Protonen nicht leicht durchdringen können. Das ist die elektrostatische Seite der Geschichte.
Was die Kernfusion tatsächlich verursacht, ist eine starke Kernwechselwirkung, eine Art fundamentale Kraft mit einer extrem kurzen Wirkungsreichweite. Das heißt, damit zwei Protonen eine Kernfusion starten können, müssen sie sich extrem nahe kommen.
Die elektrostatische Abstoßung erschwert also die Fusion. Wenn die beiden Protonen einander so nahe kommen, dass eine starke Wechselwirkung eine Fusion auslöst, benötigen sie eine „lächerliche“ anfängliche kinetische Energie. Andernfalls werden sie von der Coulomb-Kraft abgestoßen, bevor sie in den Bereich starker Wechselwirkungen gelangen. Wenn Sie (semi-)klassisch rechnen, ist die zum Durchdringen der elektrostatischen Barriere erforderliche kinetische Energie (Temperatur) praktisch unmöglich. (Mit „klassisch“ meine ich „ohne Berücksichtigung der Quantenmechanik.)
Hier setzt die Quantenmechanik an. Die Quantenmechanik beschreibt Teilchen mit Wellenfunktionen, die einen Bereich von Positionen (und anderen physikalischen Variablen) überspannen, anstelle von bestimmten punktartigen Positionen.
Quantenwellenfunktionen ermöglichen es den Teilchen oft, eine Wahrscheinlichkeit ungleich Null zu haben, in der sogenannten "klassisch verbotenen" Region zu existieren. Das bedeutet, dass, selbst wenn die Energie eines Teilchens zu niedrig ist, um eine Energiebarriere zu durchdringen, die Quantenmechanik eine begrenzte Wahrscheinlichkeit zulässt, dass das Teilchen jenseits der Barriere erscheint. Dies wird auch als „Quantentunneleffekt“ bezeichnet. Dies ist, denke ich, das, was in dem Text, den Sie lesen, als "überlappende Wellenfunktion" bezeichnet wird.
Bei einer Energie (Temperatur), die viel niedriger ist als nach klassischer Berechnung erforderlich, haben die Protonen eine gewisse (niedrige, aber endliche) Wahrscheinlichkeit, nahe genug heranzukommen, so dass eine starke Wechselwirkung einen Fusionsprozess auslösen kann. Daher beginnt der Kernfusionsprozess bei einer viel niedrigeren, etwas machbaren Temperatur.
(Ich habe die beteiligten Teilchen "Protonen" genannt, unter der Annahme einer Wasserstoff-Wasserstoff-Kollision, aber das gleiche Prinzip gilt für schwerere Kerne.)
Nein, aber Sie sind auf dem richtigen Weg. Fusion tritt auf, wenn bestimmte Kerne nahe genug zusammenkommen, dass die kurzreichweitige Kernkraft die Coulomb-Abstoßung dominiert. Denken Sie daran, dass alle Kerne proportional zur Anzahl der Protonen im Kern eine positive Ladung haben. Da sich zwei Kerne sehr nahe kommen, entsteht eine starke Coulomb-Abstoßung. Dies ist einer der Gründe, warum es so schwierig ist, Fusionsreaktionen hervorzurufen. Wenn sie nahe genug zusammenkommen, damit die Kernkraft ins Spiel kommt, können sie verschiedene Kerne (Elemente) bilden. Die Differenz der Bindungsenergien zwischen Anfangs- und Endkern ist die bei einer Fusionsreaktion freigesetzte Energie. Ein Grund, warum die Sonne die Kernfusion aufrechterhalten kann, ist, dass der Kern eines Sterns eine so hohe Dichte hat, dass die Atome/Kerne nahe beieinander liegen, was eine Fusion ermöglicht.
IanC