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伽莫夫认为，虽然镭核内的粒子受到核力的约束，但按照现代量子理论，它们并非不可能分裂出α粒子来，尽管发生这种过程的概率很小。镭核中的粒子被核力所束缚，就好像有一座堡垒从外界将它们包围住一样，粒子的能量不足以越过这座堡垒而跑到外边去。量子力学却认为，核内的粒子在偶然间可以不从堡垒的上面越过去，而是从穿过堡垒的一条隧道中通过。人们把这种现象形象地说成“量子隧穿”。伽莫夫进一步指出，假如粒子能够由内向外穿过堡垒，那么，粒子也应该能够由外向内穿过它而进入原子核内。
1929年，英国天文学家罗伯特·阿特金森（R.Atkinson）和德国核物理学家弗里茨·豪特曼斯（F.Houtermans）合作，发表了一篇题为《关于恒星内部元素结构的可能性问题》的文章，将伽莫夫的量子隧穿理论应用到恒星内部能量的问题上。他们认为：恒星内部的质子和质子也可以通过“隧道”越过势垒很高的堡垒，接近到可以发生聚变的距离之内，进行轻核聚变而释放出巨大的能量。这样，他们就成功地解决了在较低温度下使氢聚变为氦来实现太阳的能量需求。由于这种反应是在数千万摄氏度下进行的，故他们就把这种反应称为“热核反应”。
天文观测表明，太阳核心的物质处于等离子态，完全适合于热核反应的物理条件。那么，太阳和恒星内部的氢是怎样聚变为氦的呢？1938年，美国核物理学家汉斯·贝特（H.Bethe）和查尔斯·克里奇菲尔德（C.L.Critchfield）发现了氢直接变为氦的反应机制，称为“质子—质子循环”。在这一反应中1克氢将释放6 700亿焦耳的核能，这些核能迅速转化为热能，并通过对流和辐射向太阳的外层空间输送出去。
贝特又和德国的弗里德里希·冯·魏茨泽克（F.V.Weizs
太阳的演化
现代的观测表明，太阳已有50亿年的历史。它是一个典型的中等质量恒星，正平稳地燃烧着自身的核储备，并把氢转变为氦。现在人们对恒星演化的知识逐渐完善，并勾勒出太阳的生命历程。
幼年阶段，原始星云在自身引力作用下不断收缩，密度不断增大，温度不断升高，历时数千万年形成原始太阳。
青年阶段，太阳位于非常稳定的主星序（参看《恒星》一编），按照观测得到的氢和氦的丰度估计，太阳还可以生存50亿年之久。今天的太阳正处在它的鼎盛时期。
中年阶段，约持续10亿年时间。当热核反应的燃烧圈接近一半太阳半径时，将会难以支持太阳自身的巨大引力，中心将会塌缩，这个塌缩过程中所释放的巨大能量使太阳的外部大幅膨胀，这时的太阳体积很大，密度很小，表面亮度很高，演化为一颗红巨星。太阳直径将扩大到现在的250倍，连地球都将被吞没。