Spośród czterech sił naturalnych, znanych jako silne, słabe, grawitacyjne i elektromagnetyczne, trafny nazwana siła silna dominuje nad pozostałymi trzema i ma za zadanie utrzymywanie jądra atomowego razem. Jego zasięg jest jednak bardzo mały – mniej więcej o średnicy jądra średniej wielkości. Zdumiewające, gdyby silna siła działała na duże odległości, wszystko w znajomym świecie - jeziora, góry i żywe stworzenia - zostałoby zmiażdżone w bryłę wielkości jednego dużego budynku.
Jądro atomowe i silna siła
Każdy atom we wszechświecie składa się z jądra otoczonego chmurą jednego lub więcej elektronów. Z kolei jądro zawiera jeden lub więcej protonów; wszystkie atomy, z wyjątkiem wodoru, mają również neutrony. Silne oddziaływanie powoduje, że protony i neutrony przyciągają się nawzajem, więc pozostają razem w jądrze; jednak nie przyciągają protonów i neutronów sąsiednich atomów, ponieważ silne oddziaływanie ma niewielki wpływ na zewnątrz jądra.
Silne i elektromagnetyczne siły
Protony to cząstki o dodatnim ładunku elektrycznym. Ponieważ podobnie jak ładunki odpychają się, protony doświadczają siły odpychającej, gdy zbliżają się do siebie, a siła ta gwałtownie rośnie, gdy się zbliżają. Siła elektromagnetyczna, która wytwarza odpychanie, działa na duże odległości, więc jeśli na protony nie działa jakaś inna siła, nie stykają się one ze sobą. Z drugiej strony neutrony nie mają ładunku; wolne neutrony poruszają się bez przeszkód. Kiedy jednak protony i neutrony zbliżą się do jednej bilionowej części milimetra, silna siła przejmuje kontrolę i cząstki sklejają się.
Ping Pong cząsteczkowy
Współczesna teoria rządząca czterema podstawowymi siłami sugeruje, że są one produktem wymiany drobnych cząstek tam i z powrotem, podobnie jak w grze w ping-ponga. W tej grze zasada nieoznaczoności Heisenberga ustala zasady – ciężkie cząstki mogą przemieszczać się pomiędzy krótkimi dystansami, podczas gdy lekkie cząstki docierają na duże odległości. W przypadku elektromagnetyzmu cząstki są fotonami, które nie mają masy; siła elektromagnetyczna rozciąga się na nieskończoną odległość. Bardzo ciężkie cząstki zwane pionami pośredniczą jednak w silnym oddziaływaniu, więc ich zasięg jest niezwykle krótki.
Fuzja nuklearna
Grawitacja utrzymuje razem Słońce i inne gwiazdy; Ogromna masa gazowego wodoru i helu wytwarza gigantyczne ciśnienia w jądrze, zmuszając do siebie protony i neutrony. Kiedy zbliżają się do siebie, do akcji wkracza silna siła i sklejają się, uwalniając w tym procesie energię i przekształcając wodór w hel. Naukowcy nazywają to reakcją syntezy jądrowej, która wytwarza 10 milionów razy więcej energii niż reakcje chemiczne, takie jak spalanie węgla czy benzyny.
Gwiazdy neutronowe
Gwiazda neutronowa to pozostałość po eksplozji, która nastąpiła pod koniec życia gwiazdy. Jest to bardzo gęsty obiekt, składający się z masy gwiazdy skompresowanej do obszaru wielkości Manhattanu. W gwieździe neutronowej dominuje siła silna, ponieważ eksplozja złączyła wszystkie protony i neutrony. Gwiazda nie ma atomów; stała się wielką kulą cząsteczek. Ponieważ atomy są w większości pustą przestrzenią, a gwiazda neutronowa ma wyciśniętą całą przestrzeń, jej gęstość jest ogromna. Łyżeczka do herbaty materii gwiazd neutronowych ważyłaby 10 milionów ton. Ponieważ Ziemia jest zbudowana z atomów, jeśli silne oddziaływanie jakoś nagle zadziałało na duże odległości, wszystkie protony i neutrony zlepiłyby się razem, tworząc kulę o średnicy kilkuset metrów i zawierającą wszystkie ziemskie oryginalna masa.