मजबूत परमाणु बल केवल कम दूरी की दूरी में ही क्यों होता है?

चार प्राकृतिक बलों में से, जिन्हें मजबूत, कमजोर, गुरुत्वाकर्षण और विद्युत चुम्बकीय बलों के रूप में जाना जाता है, उपयुक्त है नामित मजबूत बल अन्य तीनों पर हावी है और परमाणु नाभिक धारण करने का काम करता है साथ में। इसकी सीमा बहुत छोटी है, हालांकि - मध्यम आकार के नाभिक के व्यास के बारे में। आश्चर्यजनक रूप से, अगर मजबूत बल लंबी दूरी पर काम करता, तो परिचित दुनिया में सब कुछ - झीलें, पहाड़ और जीवित चीजें - एक बड़ी इमारत के आकार की एक गांठ में कुचल दी जातीं।

ब्रह्मांड में प्रत्येक परमाणु में एक या एक से अधिक इलेक्ट्रॉनों के बादल से घिरा एक नाभिक होता है। नाभिक में बदले में एक या अधिक प्रोटॉन होते हैं; हाइड्रोजन को छोड़कर सभी परमाणुओं में न्यूट्रॉन भी होते हैं। प्रबल बल के कारण प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक दूसरे को आकर्षित करते हैं इसलिए वे नाभिक में एक साथ रहते हैं; हालांकि, वे पड़ोसी परमाणुओं के प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को आकर्षित नहीं करते हैं क्योंकि मजबूत बल का नाभिक के बाहर बहुत कम प्रभाव पड़ता है।

प्रोटॉन एक सकारात्मक विद्युत आवेश वाले कण होते हैं। क्योंकि जैसे आवेश प्रतिकर्षित होते हैं, प्रोटॉन एक दूसरे के पास आने पर एक प्रतिकारक बल का अनुभव करते हैं, और जैसे-जैसे वे करीब आते हैं, बल तेजी से बढ़ता है। प्रतिकर्षण उत्पन्न करने वाला विद्युत चुम्बकीय बल बड़ी दूरी पर कार्य करता है, इसलिए जब तक कोई अन्य बल प्रोटॉन पर कार्य नहीं करता, वे एक दूसरे को स्पर्श नहीं करते हैं। दूसरी ओर, न्यूट्रॉन पर कोई आवेश नहीं होता है; मुक्त न्यूट्रॉन बिना रुके गति करते हैं। जब प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक मिलीमीटर के लगभग एक खरबवें हिस्से के भीतर आते हैं, हालांकि, मजबूत बल हावी हो जाता है और कण आपस में चिपक जाते हैं।

चार मूलभूत शक्तियों को नियंत्रित करने वाले आधुनिक सिद्धांत का प्रस्ताव है कि वे छोटे कणों के आगे और पीछे के आदान-प्रदान का उत्पाद हैं, जैसे कि पिंग-पोंग के खेल में। इस खेल में, हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत नियम निर्धारित करता है - भारी कण छोटी दूरी के बीच चल सकते हैं, जबकि हल्के कण लंबी दूरी तक पहुंचते हैं। विद्युत चुंबकत्व के मामले में, कण फोटॉन होते हैं, जिनका कोई द्रव्यमान नहीं होता है; विद्युत चुम्बकीय बल अनंत दूरी तक फैला हुआ है। हालांकि, बहुत भारी कण जिन्हें पियोन कहा जाता है, मजबूत बल की मध्यस्थता करते हैं, इसलिए इसकी सीमा बेहद कम है।

गुरुत्वाकर्षण सूर्य और अन्य सितारों को एक साथ रखता है; हाइड्रोजन और हीलियम गैस का विशाल द्रव्यमान कोर में भारी दबाव पैदा करता है, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को एक साथ मजबूर करता है। जब वे करीब आते हैं, तो मजबूत बल काम में आता है और वे एक साथ चिपक जाते हैं, इस प्रक्रिया में ऊर्जा छोड़ते हैं और हाइड्रोजन को हीलियम में बदलते हैं। वैज्ञानिक इसे एक संलयन प्रतिक्रिया कहते हैं, और यह कोयले या गैसोलीन को जलाने जैसी रासायनिक प्रतिक्रियाओं से 10 मिलियन गुना अधिक ऊर्जा पैदा करती है।

एक न्यूट्रॉन तारा एक विस्फोट का अवशेष है जो तारे के जीवन के अंत में होता है। यह एक अति-घनी वस्तु है, जिसमें एक तारे का द्रव्यमान मैनहट्टन के आकार के क्षेत्र में संकुचित होता है। न्यूट्रॉन तारे में प्रबल बल हावी होता है क्योंकि विस्फोट ने सभी प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को एक साथ मजबूर कर दिया है। तारे का कोई परमाणु नहीं है; यह कणों का एक बड़ा गोला बन गया है। क्योंकि परमाणु ज्यादातर खाली स्थान होते हैं, और न्यूट्रॉन तारे के पास सारा स्थान निचोड़ा हुआ होता है, इसका घनत्व बहुत अधिक होता है। एक चम्मच न्यूट्रॉन स्टार पदार्थ का वजन 10 मिलियन टन होगा। क्योंकि पृथ्वी परमाणुओं से बनी है, यदि प्रबल बल किसी तरह अचानक लंबी दूरी पर कार्य करता है, तो सभी प्रोटॉन और न्यूट्रॉन आपस में टकराएंगे, जिसके परिणामस्वरूप एक दो सौ मीटर व्यास का गोला बन जाएगा और पृथ्वी के सभी मूल द्रव्यमान।