質(zhì)子由三個夸克構成。每個夸克都有自己的“色荷”。它們由強核力結(jié)合在一起

引力、電磁力、弱核力、強核力----四種已知自然力都有屬于自己的獨特位置，每一種力都在我們的生活中掌管著一片小天地。雖然地球上是引力、光的電磁力在日常生活中發(fā)揮主要作用，但兩種核力也扮演了關鍵角色——只不過作用尺度非常、非常小而已。

有多小呢？想象你的身體膨脹到了整個太陽系那么大，你的雙手在奧爾特云中搖擺，八大行星則飄在你的肚臍上方。你的身體太過龐大，電信號要花上幾周、甚至數(shù)月時間，才能穿過你的整個神經(jīng)系統(tǒng)。即使做再簡單的手勢，動作也極其緩慢。

這就是你現(xiàn)在的大小（大概一米多）與10^15米之間的差距。

現(xiàn)在讓我們反過來想。想象一個極小的尺度，對這個尺度而言，你的身體就像太陽系那么大。在這個尺度看來，你的動作也慢得不可思議。這個極小的尺度單位名叫“費米”（femtometer），相當于10^-15米。而這就是原子核的尺度。

質(zhì)子內(nèi)部

從我們的視角來看，很容易把質(zhì)子想成一個單獨的粒子，外面有一層由正電荷和質(zhì)量構成的外殼，能像臺球一樣彈來撞去。但事實上，質(zhì)子由三個更小的粒子構成，而這三個粒子有一個有趣的名字：夸克。自然界中一共有六種夸克，但就質(zhì)子而言，我們只需要關注其中兩種，分別叫上夸克和下夸克。

剛才說到，質(zhì)子由三個夸克構成，包括兩個上夸克和一個下夸克。這些夸克相互結(jié)合在一起，形成一支團隊，而這支“團隊”就是我們所說的質(zhì)子。

然而，這樣根本說不通。

兩個上夸克所帶的電荷完全相同（因為它們屬于同一類粒子），本應相互排斥才對，怎么能如此牢固地結(jié)合在一起呢？

此外，我們通過量子力學得知，兩個夸克無法同時處于同一種狀態(tài)，因此不可能讓兩個夸克同時以同一種方式結(jié)合在一起，也不可能讓它們以這種方式共存。然而不知何故，這兩個夸克不僅能“忍受”對方的存在，甚至似乎還很喜歡對方的“陪伴”。

到底發(fā)生了什么事情呢？

不一樣的“色彩”

上世紀五六十年代，物理學家開始意識到，質(zhì)子并不是最基本的粒子，它還可以分解成更小的部分，所以他們開展了大量實驗，并提出了多種理論。結(jié)果，他們先是發(fā)現(xiàn)了夸克的存在，然后又遇到了上述難題。

肯定有某種東西將這三個夸克結(jié)合在了一起，并且它的力量非常、非常強大，是一種全新的自然力。

這就是所謂強相互作用力。

這種假設出的強相互作用力通過簡單的蠻力解決了夸克共存的問題。你們無法同時處于同一種狀態(tài)，所以不愿意待在一起是嗎？沒辦法，強相互作用力會強迫你們倆待在一起，這樣一來，問題就解決了。

此外，每一種力都有一個對應的連接點，就像一只鉤子一樣。這能幫你判斷這種力對你造成了多大的影響。對電磁力而言，這個連接點就是電荷；對引力而言是質(zhì)量；而對強核力而言，物理學家也得找出一種對應的“鉤子”。最終，物理學家選定了“色荷”（color）這個詞。

因此，假如你、或者你知道的某個粒子擁有這種名叫“色荷”的性質(zhì)，你就能感受到強核力。你的色荷可以是紅色、綠色、或藍色（還有“反紅色”、“反綠色”和“反藍色”，因為生命必定不會那么簡單）。要形成一個像質(zhì)子那樣的粒子，所有夸克的色荷加在一起必須為白色。因此，如果一個夸克是紅色，另一個是綠色，最后一個就必定是藍色。色荷的具體分配情況并不重要（事實上，每個夸克的色荷也會不斷變化），重要的是，所有夸克的色荷加在一起必須是白色，這樣強核力才能發(fā)揮作用。

有了色荷這種新性質(zhì)，質(zhì)子內(nèi)部的夸克就可以同時處于同一種狀態(tài)了。因為有了色荷，兩個夸克就不算完全相同，畢竟它們各自的色荷不一樣。

超級強度

想象一下，你拿著兩把小小的鉗子，夾住質(zhì)子中的兩個夸克。你有鍛煉的習慣，所以你的力氣可以勝過強核力。

但強核力有個奇怪的性質(zhì)：它的強度并不會隨著距離的增大而減小。而其它力都會如此，比如引力和電磁力。但強核力的強度卻始終如一，無論夸克之間相距多遠，都不會有所減弱。

因此，你要想將這些夸克掰開，就要不停加入更多的能量，才能維持它們的分離狀態(tài)。你加入的能量越來越多，最終積累了足夠多的能量，以致于夸克之間的真空中又誕生了新粒子、新夸克……

而這些新夸克又會立即找到“小伙伴”，彼此結(jié)合到一起。你花了半天工夫，出了一身大汗，最后還沒來及把兩個夸克掰開多遠，這一切就會功虧一簣。等你以為自己總算把兩個夸克掰開之后，它們已經(jīng)找到了新伙伴、建立起了新的結(jié)合關系。這一效應叫做“夸克約束”，強核力實在太過強大，導致我們永遠也不可能看見一個孤立存在的夸克。

而我們永遠也無從得知這個夸克的“顏色”。真是遺憾。