前幾天我已經(jīng)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(fā)現(xiàn)最“有勁”的力，其作用強度高出引力39個數(shù)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，作用范圍僅僅局限在原子核內(nèi)，它們僅僅只能影響到原子核內(nèi)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后，人們在核中新發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子和中子，并一度認為它們是基本粒子。

可事情并沒有那么簡單！

按照物理理論，質(zhì)子是帶正電的粒子，而氫以上元素的原子核內(nèi)至少有兩個質(zhì)子。原子序數(shù)越大，其原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)越多。

物理學家感嘆到：帶正電的質(zhì)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？

于是科學家相信，質(zhì)子并不是基本粒子，里面肯定還有更小的物質(zhì)在作祟，要不然質(zhì)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(zhì)子和中子進行了彈性散射才揭開了質(zhì)子內(nèi)部的奧秘。

現(xiàn)在我們知道質(zhì)子和中子都是由夸克組成的?？淇诉€分三代六族，按照夸克的不同性質(zhì)可以劃分為三種“顏色”和六種“味道”。

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

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

強力有一個異于其他力的怪異特點。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。由于這種夸克禁閉效應，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。為什么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？

五個夸克組成的復合粒子想象圖

或許四或五個夸克也能組成復合粒子，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(wěn)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：不管它們怎么組合，反正組成的復合粒子不能表現(xiàn)出“顏色”，也就是呈色中性。

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

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(xiàn)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(zhì)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，并體現(xiàn)出強力。

現(xiàn)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么帶正電的質(zhì)子們不相互排斥的問題

事實上，強相互作用力的傳播子還“紅杏出墻”。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并游蕩在質(zhì)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(zhì)子之間的電荷排斥力，并且還盈余一部分力用于收緊質(zhì)子與質(zhì)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

正是由于這種溢出來的膠子，才在核子間形成了殘留的強力，并束縛住了核子，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。于是“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(zhì)子間的電荷排斥，并拉攏質(zhì)子和中子

你可能會說，拉攏中子干啥，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，為什么還需要核力？

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，并且具有了“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，于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?yōu)榱嗽诤俗油庵泻妥约旱纳桑秃推渌z子靠攏，并形成了殘留的強力。其實“殘留的強力”(核力)的本質(zhì)就是溢出質(zhì)子或中子(或稱核子)的膠子們?yōu)橹泻蜕伤纬傻摹澳邸绷Α?/p>

與此同時，“殘留的強力”可沒有強力脾氣那么大。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么大的脾氣了，并和其他力一樣規(guī)規(guī)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(shù)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，于是原子核開始不穩(wěn)定了，這也就是重元素原子結(jié)構(gòu)不穩(wěn)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，那么原子彈就造不出了。因為核子越多，核力就越強了，那時候重元素原子結(jié)構(gòu)就會更穩(wěn)定，于是鈾、钚元素就不會核裂變了。