От четирите природни сили, известни като силни, слаби, гравитационни и електромагнитни сили, удачно назованата силна сила доминира над останалите три и има задачата да задържи атомното ядро заедно. Обхватът му обаче е много малък - около диаметъра на средно голямо ядро. Изумително е, че ако силната сила работи на големи разстояния, всичко в познатия свят - езера, планини и живи същества - ще бъде смачкано на бучка с размерите на една голяма сграда.
Атомно ядро и силната сила
Всеки атом във Вселената се състои от ядро, заобиколено от облак от един или повече електрони. Ядрото от своя страна съдържа един или повече протони; всички атоми, спестяващи водород, имат и неутрони. Силната сила кара протоните и неутроните да се привличат един друг, така че да останат заедно в ядрото; те обаче не привличат протоните и неутроните на съседните атоми, защото силната сила има малък ефект извън ядрото.
Силните и електромагнитни сили
Протоните са частици с положителен електрически заряд. Тъй като подобно на зарядите се отблъскват, протоните изпитват отблъскваща сила, когато се приближават един към друг, и силата се увеличава бързо, когато се приближат. Електромагнитната сила, която произвежда отблъскването, действа на големи разстояния, така че освен ако някаква друга сила не действа върху протоните, те не се допират помежду си. Неутроните, от друга страна, нямат такса; свободните неутрони се движат безпрепятствено. Когато протоните и неутроните дойдат в рамките на около една трилионна част от милиметъра, обаче силната сила поема и частиците се слепват.
Пинг понг за частици
Съвременната теория, управляваща четирите фундаментални сили, предполага, че те са продукт на обмен на напред-назад на малки частици, точно както в игра на пинг-понг. В тази игра Принципът на несигурността на Хайзенберг задава правилата - тежките частици могат да се движат между малки разстояния, докато леките частици достигат големи разстояния. В случай на електромагнетизъм, частиците са фотони, които нямат маса; електромагнитната сила се простира до безкрайно разстояние. Много тежки частици, наречени пиони, обаче медиират силната сила, така че обхватът й е изключително кратък.
Ядрен синтез
Гравитацията държи слънцето и другите звезди заедно; огромната маса водород и хелий произвежда гигантски налягания в ядрото, принуждавайки протони и неутрони заедно. Когато се приближат, силната сила влиза в действие и те се придържат заедно, отделяйки енергия в процеса и трансформирайки водорода в хелий. Учените наричат това реакция на синтез и тя произвежда 10 милиона пъти повече енергия от химичните реакции като изгаряне на въглища или бензин.
Неутронни звезди
Неутронната звезда е остатъкът от експлозия, която се случва в края на живота на звездата. Това е свръхплътен обект, състоящ се от звездна маса, компресирана в област с размерите на Манхатън. В неутронната звезда силната сила доминира, защото експлозията е принудила всички протони и неутрони заедно. Звездата няма атоми; стана голяма топка частици. Тъй като атомите са предимно празно пространство и неутронната звезда е изцедила цялото пространство, нейната плътност е огромна. Една чаена лъжичка материя от неутронни звезди ще тежи 10 милиона тона. Тъй като Земята е изградена от атоми, ако силната сила някак внезапно действа на големи разстояния, всички протони и неутроните щяха да се слепват, което води до сфера с диаметър няколко стотин метра и имаща всички земни оригинална маса.