比引力強1千萬億億億億倍！「粘」住了夸克，強力是個啥？

前幾天我已經科普了四種基本相互作用力之一的弱力，今天重點科普一下強力。到目前為止，強力是人類發現最「有勁」的力，其作用強度高出引力39個數量級。當然它的作用距離也非常短，要不然整個宇宙都被強力束縛住了。

強力和弱力一樣，作用範圍僅僅局限在原子核內，它們僅僅只能影響到原子核內的粒子。而不像引力和電磁力那樣，不僅管得寬還管得廣(寬是指：既影響微觀粒子還影響宏觀物體；廣是指：作用距離大)。

故事回到1918年，當盧瑟福打開原子核的奧秘後，人們在核中新發現了質子和中子，並一度認為它們是基本粒子。

可事情並沒有那麼簡單！

按照物理理論，質子是帶正電的粒子，而氫以上元素的原子核內至少有兩個質子。原子序數越大，其原子核內的質子數越多。

物理學家感嘆到：帶正電的質子們居然可以和諧相處！按照電磁理論，帶同種電荷的粒子不應該排斥嗎？

於是科學家相信，質子並不是基本粒子，裡面肯定還有更小的物質在作祟，要不然質子們不可能被束縛在10^-15m的核半徑中。

直到20世紀60年代，科學家通過直線加速器對質子和中子進行了彈性散射才揭開了質子內部的奧秘。

現在我們知道質子和中子都是由夸克組成的。夸克還分三代六族，按照夸克的不同性質可以劃分為三種「顏色」和六種「味道」。

當然這裡面所指的顏色和味道與日常生活完全不同，科學家只是藉助這些詞語描述夸克的某種特點。

現在我們知道夸克們之所以能被束縛在核子中(質子或中子也可以稱為核子)，是因為強力的作用。

強力有一個異於其他力的怪異特點。不管是引力還是電磁力，它們的作用強度都會隨著距離的增大而減弱。而強力卻反其道而行，夸克之間的距離越大，強力就越強。這也是夸克無法從夸克群中逃脫出來的原因。由於這種夸克禁閉效應，我們也就無法對單一的夸克進行測量，每次測量總是看到三個夸克或者兩個夸克組合一起。為什麼夸克總是兩兩成對或三者成群呢？四個夸克和五個夸克就不可以開黑組隊嗎？

五個夸克組成的複合粒子想像圖

或許四或五個夸克也能組成複合粒子，但是我們貌似還沒有找到(前幾年有新聞報道，科學家貌似找到四夸克組成的粒子，但只是有可能)。即便找到了它們，其既不穩定也不普遍。

每個夸克都帶一種「色」，叫色荷，一共有六種色荷。分別是紅、綠、藍、反紅、反綠、反藍。況且夸克們還一致表決：不管它們怎麼組合，反正組成的複合粒子不能表現出「顏色」，也就是呈色中性。

科學家發現帶不同色荷的三種夸克或反夸克組合在一起就表現出色中性。所以才用三原色的概念演繹夸克的這種性質。

第一種組合：三個夸克分別攜帶紅綠藍三種色荷，它們組合在一起就呈現出色中性

第二種組合：三個反夸克分別攜帶反紅、反綠、反藍，它們組合在一起也呈色中性

第三種組合：帶紅色荷的正夸克拉上帶反紅色荷的反夸克就行，它兩組合在一起也呈色中性，當然其他色荷的正反夸克組合也行。

為了遵守色中性的約定，夸克們總是三正或三反成群，或者正反夸克成對。而絕大部分情況下，夸克都是三個組團的，中子和質子都包含了三個夸克。

傳遞強力的傳播子是膠子，夸克之間就是通過膠子被拉攏在了一起，並體現出強力。

現在問題來了，強力只是束縛住了夸克而已，但依舊沒有解釋為什麼帶正電的質子們不相互排斥的問題

事實上，強相互作用力的傳播子還「紅杏出牆」。按理來說，你管好自家的夸克就行，但是強力還有一種溢出效應，傳遞強力的膠子總是會逃出一部分並遊盪在質子與中子之間。

強力溢出效果圖，小球代表膠子

要知道在原子核尺度上，強力可是電磁力的137倍。溢出來的膠子雖然不多，強度也沒有強力大，但也足以抵消掉質子之間的電荷排斥力，並且還盈餘一部分力用於收緊質子與質子距離。俗話說得好，瘦死的駱駝比馬大，誰讓人家它爹是強力呢！

膠子在夸克間傳遞強力

正是由於這種溢出來的膠子，才在核子間形成了殘留的強力，並束縛住了核子，形成了原子核。把這種溢出來的力叫「殘留的強力」也太土了，好似吃剩飯一樣。於是「殘留的強力」搖身一變有了新的名字─核力。

核力主要任務是抵消質子間的電荷排斥，並拉攏質子和中子

你可能會說，拉攏中子幹啥，人家又不帶電，不參與電磁力，中子和中子之間又不鬧，靠引力拉住就行，為什麼還需要核力？

其實核力就是由傳遞強力的膠子組成的。但膠子卻跟著夸克學「壞」了，並且具有了「顏色」，意味著膠子也有色荷。

從核子中溢出來的膠子有色荷，它也得中和色荷，於是就找到其他也溢出來的膠子以中和掉自己的色荷。當然，如果膠子沒有溢出來，它也參與夸克間的色荷中和。

大球代表夸克，小球代表膠子，箭頭方向代表正反色荷

膠子們為了在核子外中和自己的色荷，就和其他膠子靠攏，並形成了殘留的強力。其實「殘留的強力」(核力)的本質就是溢出質子或中子(或稱核子)的膠子們為中和色荷所形成的「凝聚」力。

與此同時，「殘留的強力」可沒有強力脾氣那麼大。強力在夸克之間作用時，會隨著夸克距離拉大而增強。

而「殘留的強力」作用的對象不再是夸克了，而是核子，這是寄人籬下。所以它也沒有強力那麼大的脾氣了，並和其他力一樣規規矩矩了，它的強度會隨著核子距離的拉大而減弱。

雖然核力是強力的副作用，但卻失去了強力的脾氣。隨著原子數目的增多，原子核中的核子也相應增多，導致核子與最遠距離的核子越來越遠，核力這時候就顯得力不從心了，也就不能束縛住越來越多的核子了，於是原子核開始不穩定了，這也就是重元素原子結構不穩定的原因了。

重元素原子核易裂變

如果核力遺傳了老爹(強力)的特點，那麼原子彈就造不出了。因為核子越多，核力就越強了，那時候重元素原子結構就會更穩定，於是鈾、鈈元素就不會核裂變了。

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