Mengapa Gaya Nuklir Kuat Hanya Dalam Jarak Jarak Pendek?

Dari empat gaya alam, yang dikenal sebagai gaya kuat, lemah, gravitasi, dan elektromagnetik, yang paling tepat adalah bernama gaya kuat mendominasi atas tiga lainnya dan memiliki tugas memegang inti atom bersama. Jangkauannya sangat kecil, namun - tentang diameter inti berukuran sedang. Hebatnya, jika kekuatan kuat bekerja dalam jarak jauh, segala sesuatu di dunia yang sudah dikenal -- danau, gunung, dan makhluk hidup -- akan hancur menjadi gumpalan seukuran satu bangunan besar.

Setiap atom di alam semesta terdiri dari nukleus yang dikelilingi oleh awan satu atau lebih elektron. Inti pada gilirannya mengandung satu atau lebih proton; semua atom kecuali hidrogen memiliki neutron juga. Gaya kuat menyebabkan proton dan neutron saling tarik-menarik sehingga tetap bersama di dalam nukleus; namun, mereka tidak menarik proton dan neutron dari atom tetangga karena gaya kuat memiliki sedikit efek di luar nukleus.

Proton adalah partikel yang bermuatan listrik positif. Karena muatan sejenis tolak menolak, proton mengalami gaya tolak-menolak saat mereka saling mendekat, dan gaya meningkat dengan cepat saat mereka mendekat. Gaya elektromagnetik yang menghasilkan tolakan bekerja pada jarak yang jauh, jadi kecuali ada gaya lain yang bekerja pada proton, mereka tidak saling bersentuhan. Neutron, di sisi lain, tidak memiliki muatan; neutron bebas bergerak tanpa hambatan. Namun, ketika proton dan neutron berada dalam jarak sekitar sepertriliun milimeter, gaya kuat mengambil alih dan partikel-partikel saling menempel.

Teori modern yang mengatur empat gaya fundamental mengusulkan bahwa mereka adalah produk dari pertukaran bolak-balik partikel kecil, seperti dalam permainan ping-pong. Dalam permainan ini, Prinsip Ketidakpastian Heisenberg menetapkan aturan -- partikel berat dapat bergerak di antara jarak pendek, sedangkan partikel ringan mencapai jarak jauh. Dalam kasus elektromagnetisme, partikelnya adalah foton, yang tidak memiliki massa; gaya elektromagnetik meluas ke jarak yang tak terbatas. Partikel yang sangat berat yang disebut pion memediasi gaya kuat, sehingga jangkauannya sangat pendek.

Gravitasi menyatukan matahari dan bintang-bintang lainnya; massa besar gas hidrogen dan helium menghasilkan tekanan raksasa di inti, memaksa proton dan neutron bersama-sama. Ketika mereka mendekat, gaya kuat ikut bermain dan mereka saling menempel, melepaskan energi dalam prosesnya dan mengubah hidrogen menjadi helium. Para ilmuwan menyebutnya sebagai reaksi fusi, dan menghasilkan energi 10 juta kali lebih banyak daripada reaksi kimia seperti pembakaran batu bara atau bensin.

Bintang neutron adalah sisa ledakan yang terjadi pada akhir kehidupan bintang tersebut. Ini adalah objek ultra-padat, terdiri dari massa bintang yang dikompresi menjadi area seukuran Manhattan. Di bintang neutron, gaya kuat mendominasi karena ledakan telah memaksa semua proton dan neutron bersama-sama. Bintang tidak memiliki atom; itu menjadi bola partikel yang besar. Karena atom sebagian besar adalah ruang kosong, dan bintang neutron memiliki semua ruang yang diperas, kerapatannya sangat besar. Satu sendok teh materi bintang neutron akan memiliki berat 10 juta ton. Karena Bumi terbuat dari atom, jika gaya kuat entah bagaimana tiba-tiba bertindak pada jarak jauh, semua proton dan neutron akan menggumpal, menghasilkan bola dengan diameter beberapa ratus meter dan memiliki semua bumi massa asli.