რატომ არის ძლიერი ბირთვული ძალა მხოლოდ მოკლე მანძილზე მანძილზე?

ოთხი ბუნებრივი ძალებიდან, რომლებიც ცნობილია როგორც ძლიერი, სუსტი, გრავიტაციული და ელექტრომაგნიტური ძალები, სათანადოდ დასახელებული ძლიერი ძალა დომინირებს დანარჩენ სამზე და მას აქვს ატომური ბირთვის ჩატარების ამოცანა ერთად. თუმცა მისი დიაპაზონი ძალიან მცირეა - საშუალო ზომის ბირთვის დიამეტრით. გასაოცარია, რომ ძლიერი ძალა დიდ მანძილზე რომ მუშაობდეს, ნაცნობ სამყაროში ყველაფერი - ტბები, მთები და ცოცხალი არსებები - ერთი დიდი შენობის ზომის გროვად იქცევა.

სამყაროს ყველა ატომი შედგება ბირთვისგან, რომელიც გარშემორტყმულია ერთი ან მეტი ელექტრონის ღრუბლით. ბირთვი თავის მხრივ შეიცავს ერთ ან მეტ პროტონს; წყალბადს დაზოგავს ყველა ატომი, ასევე აქვს ნეიტრონები. ძლიერი ძალა იწვევს პროტონისა და ნეიტრონის ერთმანეთის მოზიდვას, ამიტომ ისინი ერთად რჩებიან ბირთვში; ამასთან, ისინი არ იზიდავენ მეზობელი ატომების პროტონებსა და ნეიტრონებს, რადგან ძლიერ ძალას მცირე გავლენა აქვს ბირთვის გარეთ.

პროტონები არის ნაწილაკები, რომლებსაც აქვთ დადებითი ელექტრული მუხტი. რადგან მუხტების მოგერიების მსგავსად, პროტონები განიცდიან მოგერიებასა და ძალას ერთმანეთთან მიახლოებისთანავე. ელექტრომაგნიტური ძალა, რომელიც მოგერიებას წარმოქმნის, დიდ მანძილებზე მოქმედებს, ასე რომ, თუ რაიმე სხვა ძალა არ მოქმედებს პროტონებზე, ისინი ერთმანეთს არ ეხებიან. ნეიტრონებს, ბრალი არ აქვთ; თავისუფალი ნეიტრონები დაუბრკოლებლად მოძრაობენ. როდესაც პროტონები და ნეიტრონები მიდიან მილიმეტრიან დაახლოებით ერთ ტრილიონში, ამასთან, ძლიერი ძალა იღებს მას და ნაწილაკები ერთმანეთთან იკვრება.

თანამედროვე თეორია, რომელიც მართავს ოთხ ფუნდამენტურ ძალას, გვთავაზობს, რომ ისინი წარმოადგენენ პატარა ნაწილაკების უკან და უკან გაცვლას, ისევე როგორც პინგ-პონგის თამაშში. ამ თამაშში ჰაიზენბერგის განუსაზღვრელობის პრინციპი ადგენს წესებს - მძიმე ნაწილაკებს შეუძლიათ მცირე მანძილებს შორის გადაადგილება, ხოლო მსუბუქი ნაწილაკები დიდ მანძილებს აღწევენ. ელექტრომაგნეტიზმის შემთხვევაში ნაწილაკები არიან ფოტონები, რომლებსაც არ აქვთ მასა; ელექტრომაგნიტური ძალა ვრცელდება უსასრულო მანძილზე. ძალიან მძიმე ნაწილაკები, რომლებსაც პიონები ეწოდება, ძლიერ ძალას ახდენს, თუმცა მისი დიაპაზონი ძალიან მოკლეა.

გრავიტაცია აერთიანებს მზეს და სხვა ვარსკვლავებს; წყალბადის და ჰელიუმის გაზის უზარმაზარი მასა წარმოქმნის გიგანტურ წნევას ბირთვში, რაც აიძულებს პროტონებსა და ნეიტრონებს ერთად. როდესაც ისინი ახლოს მიდიან, ძლიერი ძალა მოქმედებს და ისინი ერთმანეთთან იკავებენ, პროცესში ენერგიას ათავისუფლებენ და წყალბადს ჰელიუმში გარდაქმნიან. მეცნიერები ამას უწოდებენ შერწყმის რეაქციას და ის აწარმოებს 10 მილიონჯერ მეტ ენერგიას, ვიდრე ქიმიური რეაქციები, როგორიცაა ნახშირის ან ბენზინის დაწვა.

ნეიტრონული ვარსკვლავი არის აფეთქების ნაშთი, რომელიც ხდება ვარსკვლავის სიცოცხლის ბოლოს. ეს არის ულტრა მკვრივი ობიექტი, რომელიც შედგება ვარსკვლავის მასისგან, რომელიც შეკუმშულია მანჰეტენის ზომის მიდამოში. ნეიტრონულ ვარსკვლავში ძლიერი ძალა დომინირებს, რადგან აფეთქებამ აიძულა ყველა პროტონი და ნეიტრონი ერთად. ვარსკვლავს არ აქვს ატომები; ეს ნაწილაკების დიდი ბურთი გახდა. იმის გამო, რომ ატომები ძირითადად ცარიელი სივრცეა და ნეიტრონულ ვარსკვლავს გამოყოფილი აქვს მთელი სივრცე, მისი სიმკვრივე უზარმაზარია. ნეიტრონული ვარსკვლავის მაისის კოვზი 10 მილიონი ტონაა. რადგან დედამიწა ატომებისაგან არის შექმნილი, თუ ძლიერი ძალა რატომღაც მოულოდნელად მოქმედებდა დიდ მანძილზე, ყველა პროტონი და ნეიტრონები შეიკრიბება, რის შედეგადაც მიიღება სფერო რამოდენიმე ასეული მეტრი დიამეტრით და აქვს დედამიწის მთლიანი ორიგინალური მასა.