Dintre cele patru forțe naturale, cunoscute sub numele de forțe puternice, slabe, gravitaționale și electromagnetice, sunt cele potrivite numită forță puternică domină asupra celorlalte trei și are sarcina de a ține nucleul atomic împreună. Cu toate acestea, intervalul său este foarte mic - aproximativ diametrul unui nucleu de dimensiuni medii. În mod uimitor, dacă forța puternică ar funcționa pe distanțe lungi, totul în lumea familiară - lacuri, munți și ființe vii - ar fi zdrobit într-un nod de mărimea unei singure clădiri mari.
Nucleul atomic și forța puternică
Fiecare atom din univers este format dintr-un nucleu înconjurat de un nor de unul sau mai mulți electroni. Nucleul conține la rândul său unul sau mai mulți protoni; toți atomii, cu excepția hidrogenului, au și neutroni. Forța puternică face ca protonii și neutronii să se atragă reciproc, astfel încât să rămână împreună în nucleu; cu toate acestea, ei nu atrag protonii și neutronii atomilor vecini, deoarece forța puternică are un efect redus în afara nucleului.
Forțele puternice și electromagnetice
Protonii sunt particule cu o sarcină electrică pozitivă. Deoarece la fel ca sarcinile se resping, protonii experimentează o forță respingătoare pe măsură ce se apropie unul de altul, iar forța crește rapid pe măsură ce se apropie. Forța electromagnetică care produce repulsia acționează pe distanțe mari, deci dacă nu acționează o altă forță asupra protonilor, nu se ating. Neutronii, pe de altă parte, nu au nicio taxă; neutronii liberi se mișcă nestingheriți. Cu toate acestea, când protoni și neutroni ajung la aproximativ o trilionime de milimetru, forța puternică preia și particulele se lipesc împreună.
Ping Pong cu particule
Teoria modernă care guvernează cele patru forțe fundamentale propune că acestea sunt produsul schimburilor de particule minuscule înainte și înapoi, la fel ca într-un joc de ping-pong. În acest joc, principiul incertitudinii Heisenberg stabilește regulile - particulele grele se pot deplasa între distanțe scurte, în timp ce particulele ușoare ating distanțe mari. În cazul electromagnetismului, particulele sunt fotoni, care nu au masă; forța electromagnetică se extinde la o distanță infinită. Cu toate acestea, particulele foarte grele numite pioni mediază forța puternică, astfel încât raza sa de acțiune este extrem de scurtă.
Fuziune nucleară
Gravitația ține împreună soarele și alte stele; masa uriașă de hidrogen și gaz de heliu produce presiuni gigantice în miez, forțând împreună protoni și neutroni. Când se apropie, forța puternică intră în joc și se lipesc împreună, eliberând energie în proces și transformând hidrogenul în heliu. Oamenii de știință numesc aceasta o reacție de fuziune și produce de 10 milioane de ori mai multă energie decât reacțiile chimice, cum ar fi arderea cărbunelui sau benzinei.
Stele de neutroni
O stea de neutroni este rămășița unei explozii care are loc la sfârșitul vieții stelei. Este un obiect ultra-dens, format dintr-o masă a stelei comprimată într-o zonă de mărimea Manhattanului. În steaua neutronică, forța puternică domină deoarece explozia a forțat împreună toți protonii și neutronii. Steaua nu are atomi; a devenit o minge mare de particule. Deoarece atomii sunt în mare parte spațiu gol, iar steaua neutronică are tot spațiul stors, densitatea sa este enormă. O linguriță de stea neutronică ar cântări 10 milioane de tone. Deoarece Pământul este format din atomi, dacă forța puternică a acționat cumva brusc la distanțe mari, toți protonii și neutronii s-ar strânge împreună, având ca rezultat o sferă de câteva sute de metri în diametru și având tot pământul masa originală.