Neljästä luonnonvoimasta, jotka tunnetaan voimakkaina, heikkoina, painovoimaisina ja sähkömagneettisina voimina, osuvasti nimetty vahva voima hallitsee kolmea muuta ja sen tehtävänä on pitää ydin yhdessä. Sen alue on kuitenkin hyvin pieni - noin keskikokoisen ytimen halkaisija. Hämmästyttävää kyllä, jos vahva voima toimisi pitkiä matkoja, kaikki tutussa maailmassa - järvet, vuoret ja elävät olennot - murskataan yhden suuren rakennuksen kokoiseksi kokonaisuudeksi.
Atomituuma ja vahva voima
Jokainen maailmankaikkeuden atomi koostuu ytimestä, jota ympäröi yhden tai useamman elektronin pilvi. Ydin puolestaan sisältää yhden tai useamman protonin; kaikilla vetyä säästävillä atomilla on myös neutroneja. Vahva voima saa protonit ja neutronit houkuttelemaan toisiaan, joten ne pysyvät yhdessä ytimessä; ne eivät kuitenkaan houkuttele naapuriatomien protoneja ja neutroneja, koska voimakkaalla voimalla ei ole juurikaan vaikutusta ytimen ulkopuolella.
Vahvat ja sähkömagneettiset voimat
Protonit ovat hiukkasia, joilla on positiivinen sähkövaraus. Koska kuten varaukset hylkäävät, protonit kokevat vastenmielisen voiman lähestyessään toisiaan, ja voima kasvaa nopeasti lähestyessään. Karkotuksen tuottava sähkömagneettinen voima vaikuttaa suurilla etäisyyksillä, joten ellei jokin muu voima vaikuta protoneihin, ne eivät kosketa toisiaan. Toisaalta neutroneilla ei ole maksua; vapaat neutronit liikkuvat esteettä. Kun protonit ja neutronit ovat noin yhden biljoonan millimetrin sisällä, vahva voima kuitenkin vallitsee ja hiukkaset tarttuvat yhteen.
Hiukkaset Ping Pong
Neljän perusvoiman hallitseva moderni teoria ehdottaa, että ne ovat pienten hiukkasten edestakaisen vaihdon tulos, aivan kuten pingispongissa. Tässä pelissä Heisenbergin epävarmuusperiaate asettaa säännöt - raskaat hiukkaset voivat liikkua lyhyiden etäisyyksien välillä, kun taas kevyet hiukkaset saavuttavat pitkiä matkoja. Sähkömagnetismin tapauksessa hiukkaset ovat fotoneja, joilla ei ole massaa; sähkömagneettinen voima ulottuu äärettömälle etäisyydelle. Hyvin painavat hiukkaset, joita kutsutaan pioneiksi, välittävät voimakkaan voiman, joten sen kantama on erittäin lyhyt.
Ydinfuusio
Painovoima pitää aurinkoa ja muita tähtiä yhdessä; valtava vety- ja heliumkaasumassa tuottaa jättimäisen paineen ytimessä pakottaen protonit ja neutronit yhteen. Kun he tulevat lähelle, voimakas voima tulee peliin ja ne tarttuvat yhteen, vapauttaen prosessissa energiaa ja muuttamalla vetyä heliumiksi. Tutkijat kutsuvat tätä fuusioreaktioksi, ja se tuottaa 10 miljoonaa kertaa enemmän energiaa kuin kemialliset reaktiot, kuten hiilen tai bensiinin polttaminen.
Neutronitähdet
Neutronitähti on tähteen elinkaaren lopussa tapahtuvan räjähdyksen jäännös. Se on erittäin tiheä esine, joka koostuu tähtimassasta, joka on puristettu Manhattanin kokoiselle alueelle. Neutronitähdessä voimakas voima hallitsee, koska räjähdys on pakottanut kaikki protonit ja neutronit yhteen. Tähdellä ei ole atomeja; siitä on tullut iso hiukkasten pallo. Koska atomit ovat enimmäkseen tyhjää tilaa ja neutronitähdessä on koko tila puristettuna, sen tiheys on valtava. Tl neutronitähtiainetta painaa 10 miljoonaa tonnia. Koska maapallo koostuu atomista, jos voimakas voima jotenkin yhtäkkiä toimi pitkillä etäisyyksillä, kaikki protonit ja neutronit sulkeutuisivat yhteen, jolloin pallo olisi halkaisijaltaan pari sataa metriä ja jolla olisi kaikki maapallon alkuperäinen massa.