เหตุใดแรงนิวเคลียร์อย่างแรงจึงมีเฉพาะในระยะใกล้

แรงธรรมชาติทั้งสี่เรียกว่าแรง แรงอ่อน แรงโน้มถ่วง และแรงแม่เหล็กไฟฟ้า เรียกพลังอันแข็งแกร่งครอบงำอีกสามตัวและมีหน้าที่ยึดนิวเคลียสของอะตอม ด้วยกัน. อย่างไรก็ตาม พิสัยของมันมีขนาดเล็กมาก -- เกี่ยวกับเส้นผ่านศูนย์กลางของนิวเคลียสขนาดกลาง น่าแปลกที่ถ้าพลังอันแข็งแกร่งทำงานในระยะทางไกล ทุกอย่างในโลกที่คุ้นเคย ไม่ว่าจะเป็นทะเลสาบ ภูเขา และสิ่งมีชีวิต จะถูกบดขยี้เป็นก้อนขนาดเท่าตึกใหญ่หลังเดียว

ทุกอะตอมในจักรวาลประกอบด้วยนิวเคลียสที่ล้อมรอบด้วยเมฆอิเล็กตรอนหนึ่งตัวหรือมากกว่า นิวเคลียสจะมีโปรตอนตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไป อะตอมทั้งหมดยกเว้นไฮโดรเจนก็มีนิวตรอนเช่นกัน แรงแรงทำให้โปรตอนและนิวตรอนดึงดูดกันเพื่อให้อยู่ด้วยกันในนิวเคลียส อย่างไรก็ตาม พวกมันไม่ดึงดูดโปรตอนและนิวตรอนของอะตอมข้างเคียงเพราะแรงที่แรงนั้นมีผลเพียงเล็กน้อยนอกนิวเคลียส

โปรตอนเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าบวก เพราะเช่นเดียวกับประจุที่ขับไล่ โปรตอนประสบกับแรงผลักเมื่อพวกมันเข้าใกล้กัน และแรงจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อพวกมันเข้าใกล้ แรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่สร้างแรงผลักจะกระทำในระยะทางไกล ดังนั้นเว้นแต่แรงอื่นจะกระทำกับโปรตอน พวกมันจะไม่สัมผัสกัน ในทางกลับกันนิวตรอนไม่มีประจุ นิวตรอนอิสระเคลื่อนที่อย่างไร้ขีดจำกัด เมื่อโปรตอนและนิวตรอนเข้ามาภายในระยะหนึ่งล้านล้านมิลลิเมตร แรงอย่างแรงจะเข้ามาแทนที่และอนุภาคจะเกาะติดกัน

ทฤษฎีสมัยใหม่ที่ควบคุมแรงพื้นฐานทั้งสี่เสนอว่าเป็นผลจากการแลกเปลี่ยนอนุภาคเล็กๆ ไปมา เหมือนในเกมปิงปอง ในเกมนี้ หลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กจะกำหนดกฎเกณฑ์ อนุภาคหนักสามารถเคลื่อนที่ไปมาระหว่างระยะทางสั้น ๆ ในขณะที่อนุภาคแสงจะไปถึงระยะทางไกล ในกรณีของแม่เหล็กไฟฟ้า อนุภาคคือโฟตอนซึ่งไม่มีมวล แรงแม่เหล็กไฟฟ้าขยายไปถึงระยะอนันต์ อย่างไรก็ตาม อนุภาคที่หนักมากซึ่งเรียกว่าไพออนเป็นตัวกลางของแรงที่รุนแรง ดังนั้น พิสัยของมันจึงสั้นมาก

แรงโน้มถ่วงยึดดวงอาทิตย์และดวงดาวอื่นๆ ไว้ด้วยกัน มวลมหาศาลของก๊าซไฮโดรเจนและฮีเลียมทำให้เกิดแรงกดดันมหาศาลในแกนกลาง บังคับให้โปรตอนและนิวตรอนมารวมกัน เมื่อพวกมันเข้าใกล้ พลังอันแข็งแกร่งจะเข้ามามีบทบาทและเกาะติดกัน ปล่อยพลังงานในกระบวนการและเปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นฮีเลียม นักวิทยาศาสตร์เรียกสิ่งนี้ว่าปฏิกิริยาฟิวชัน และผลิตพลังงานได้มากถึง 10 ล้านเท่าของปฏิกิริยาเคมี เช่น การเผาไหม้ถ่านหินหรือน้ำมันเบนซิน

ดาวนิวตรอนคือเศษซากของการระเบิดที่เกิดขึ้นเมื่อสิ้นสุดชีวิตของดาว เป็นวัตถุที่มีความหนาแน่นสูงเป็นพิเศษ ซึ่งประกอบด้วยมวลของดาวฤกษ์ที่ถูกบีบอัดให้มีขนาดเท่ากับแมนฮัตตัน ในดาวนิวตรอน แรงที่รุนแรงครอบงำเพราะการระเบิดได้บังคับโปรตอนและนิวตรอนทั้งหมดเข้าด้วยกัน ดาวฤกษ์ไม่มีอะตอม มันกลายเป็นอนุภาคขนาดใหญ่ เนื่องจากอะตอมส่วนใหญ่เป็นพื้นที่ว่าง และดาวนิวตรอนจึงมีพื้นที่ทั้งหมดถูกบีบออก ความหนาแน่นของมันจึงมหาศาล สสารของดาวนิวตรอนหนึ่งช้อนชาจะมีน้ำหนัก 10 ล้านตัน เพราะโลกประกอบด้วยอะตอม ถ้าจู่ๆ พลังอันแรงกล้ากระโจนกระโจนเป็นระยะทางไกล โปรตอนทั้งหมดและ นิวตรอนจะจับตัวเป็นก้อน ส่งผลให้ทรงกลมมีเส้นผ่านศูนย์กลางสองสามร้อยเมตรและมีโลกทั้งหมด มวลเดิม