北京時(shí)間 5 月 7 日消息，據國外媒體報道，引力、電磁力、弱核力、強核力----四種已知自然力都有屬于自己的獨特位置，每一種力都在我們的生活中掌管著(zhù)一片小天地。雖然地球上是引力、光的電磁力在日常生活中發(fā)揮主要作用，但兩種核力也扮演了關(guān)鍵角色——只不過(guò)作用尺度非常、非常小而已。

　　有多小呢?想象你的身體膨脹到了整個(gè)太陽(yáng)系那么大，你的雙手在奧爾特云中搖擺，八大行星則飄在你的肚臍上方。你的身體太過(guò)龐大，電信號要花上幾周、甚至數月時(shí)間，才能穿過(guò)你的整個(gè)神經(jīng)系統。即使做再簡(jiǎn)單的手勢，動(dòng)作也極其緩慢。

　　這就是你現在的大小(大概一米多)與 10^15 米之間的差距。

　　現在讓我們反過(guò)來(lái)想。想象一個(gè)極小的尺度，對這個(gè)尺度而言，你的身體就像太陽(yáng)系那么大。在這個(gè)尺度看來(lái)，你的動(dòng)作也慢得不可思議。這個(gè)極小的尺度單位名叫“費米”(femtometer)，相當于 10^-15 米。而這就是原子核的尺度。

　　質(zhì)子內部

　　從我們的視角來(lái)看，很容易把質(zhì)子想成一個(gè)單獨的粒子，外面有一層由正電荷和質(zhì)量構成的外殼，能像臺球一樣彈來(lái)撞去。但事實(shí)上，質(zhì)子由三個(gè)更小的粒子構成，而這三個(gè)粒子有一個(gè)有趣的名字：夸克。自然界中一共有六種夸克，但就質(zhì)子而言，我們只需要關(guān)注其中兩種，分別叫上夸克和下夸克。

　　剛才說(shuō)到，質(zhì)子由三個(gè)夸克構成，包括兩個(gè)上夸克和一個(gè)下夸克。這些夸克相互結合在一起，形成一支團隊，而這支“團隊”就是我們所說(shuō)的質(zhì)子。

　　然而，這樣根本說(shuō)不通。

　　兩個(gè)上夸克所帶的電荷完全相同(因為它們屬于同一類(lèi)粒子)，本應相互排斥才對，怎么能如此牢固地結合在一起呢?

　　此外，我們通過(guò)量子力學(xué)得知，兩個(gè)夸克無(wú)法同時(shí)處于同一種狀態(tài)，因此不可能讓兩個(gè)夸克同時(shí)以同一種方式結合在一起，也不可能讓它們以這種方式共存。然而不知何故，這兩個(gè)夸克不僅能“忍受”對方的存在，甚至似乎還很喜歡對方的“陪伴”。

　　到底發(fā)生了什么事情呢?

　　不一樣的“色彩”

　　上世紀五六十年代，物理學(xué)家開(kāi)始意識到，質(zhì)子并不是最基本的粒子，它還可以分解成更小的部分，所以他們開(kāi)展了大量實(shí)驗，并提出了多種理論。結果，他們先是發(fā)現了夸克的存在，然后又遇到了上述難題。

　　肯定有某種東西將這三個(gè)夸克結合在了一起，并且它的力量非常、非常強大，是一種全新的自然力。

　　這就是所謂強相互作用力。

　　這種假設出的強相互作用力通過(guò)簡(jiǎn)單的蠻力解決了夸克共存的問(wèn)題。你們無(wú)法同時(shí)處于同一種狀態(tài)，所以不愿意待在一起是嗎?沒(méi)辦法，強相互作用力會(huì )強迫你們倆待在一起，這樣一來(lái)，問(wèn)題就解決了。

　　此外，每一種力都有一個(gè)對應的連接點(diǎn)，就像一只鉤子一樣。這能幫你判斷這種力對你造成了多大的影響。對電磁力而言，這個(gè)連接點(diǎn)就是電荷;對引力而言是質(zhì)量;而對強核力而言，物理學(xué)家也得找出一種對應的“鉤子”。最終，物理學(xué)家選定了“色荷”(color)這個(gè)詞。

　　因此，假如你、或者你知道的某個(gè)粒子擁有這種名叫“色荷”的性質(zhì)，你就能感受到強核力。你的色荷可以是紅色、綠色、或藍色(還有“反紅色”、“反綠色”和“反藍色”，因為生命必定不會(huì )那么簡(jiǎn)單)。要形成一個(gè)像質(zhì)子那樣的粒子，所有夸克的色荷加在一起必須為白色。因此，如果一個(gè)夸克是紅色，另一個(gè)是綠色，最后一個(gè)就必定是藍色。色荷的具體分配情況并不重要(事實(shí)上，每個(gè)夸克的色荷也會(huì )不斷變化)，重要的是，所有夸克的色荷加在一起必須是白色，這樣強核力才能發(fā)揮作用。

　　有了色荷這種新性質(zhì)，質(zhì)子內部的夸克就可以同時(shí)處于同一種狀態(tài)了。因為有了色荷，兩個(gè)夸克就不算完全相同，畢竟它們各自的色荷不一樣。

　　超級強度

　　想象一下，你拿著(zhù)兩把小小的鉗子，夾住質(zhì)子中的兩個(gè)夸克。你有鍛煉的習慣，所以你的力氣可以勝過(guò)強核力。

　　但強核力有個(gè)奇怪的性質(zhì)：它的強度并不會(huì )隨著(zhù)距離的增大而減小。而其它力都會(huì )如此，比如引力和電磁力。但強核力的強度卻始終如一，無(wú)論夸克之間相距多遠，都不會(huì )有所減弱。

　　因此，你要想將這些夸克掰開(kāi)，就要不停加入更多的能量，才能維持它們的分離狀態(tài)。你加入的能量越來(lái)越多，最終積累了足夠多的能量，以致于夸克之間的真空中又誕生了新粒子、新夸克……

　　而這些新夸克又會(huì )立即找到“小伙伴”，彼此結合到一起。你花了半天工夫，出了一身大汗，最后還沒(méi)來(lái)及把兩個(gè)夸克掰開(kāi)多遠，這一切就會(huì )功虧一簣。等你以為自己總算把兩個(gè)夸克掰開(kāi)之后，它們已經(jīng)找到了新伙伴、建立起了新的結合關(guān)系。這一效應叫做“夸克約束”，強核力實(shí)在太過(guò)強大，導致我們永遠也不可能看見(jiàn)一個(gè)孤立存在的夸克。

　　而我們永遠也無(wú)從得知這個(gè)夸克的“顏色”。真是遺憾。
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