咖啡越来越凉，你端着牛奶的手也开始酸痛。但你毫不在意。

那个缩微版的你已将氢原子孤单的电子抛在身后，正越来越深入地潜入氢原子，向它的核心处飞去。许多一闪而逝的光珠（你在冰箱贴与冰箱之间看到的那种虚光子）在你周围不断地出现、消失，证实了你所飞奔而去的原子核的确带有电荷，也推翻了认为在电子与原子核之间只是一无所有的虚空的想法。

以你现在所在的原子大小尺度，你穿过了极大的距离才到达氢原子的核心。

但你还是找到了它。

与电子一样，原子核看上去也没有自己特别的形状，但它的确有质量。原子核很重，比电子重多了。重了1836倍。它的确带有电荷，果真是完全与电子相反的等量电荷。

它被称为“质子”。

它比电子大，但与原子本身大小比（也就是电子占据的空间大小），它又显得极其微小。出生于新西兰的英国物理学家欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)在一九一一年发现了它的存在，在这个伟大发现的三年前，他刚刚因对当时而言还非常新颖的放射性现象进行的研究而获得诺贝尔化学奖。他有所不知的是——当然，他不可能知道——与电子不同，质子不是基本粒子。它的里面还有一个世界。

你已不再花时间去挑战不可能之事，你立刻闭起眼睛，伸开双臂，用瑜伽的方式去感觉质子里面的世界。

突然之间，你感觉到一种大过一切的力量，你以前所经历体验过的任何作用力与这个力量相比，就像是孩子的游戏。你睁开眼睛，直直地看着。

电磁力能够轻易胜过你：有些磁铁能够彼此紧密贴合，你永远没机会把它们分开。

引力也能战胜你，事实上它的确如此：你永远不可能跳脱地球的引力。

但现在你面对的简直就是另一种水平的力量。

在质子内部，那个看上去像模糊云状的球体中，你瞥见无数虚拟粒子出现、消失，就像发生在冰箱贴与冰箱之间或电子与质子之间的电磁光珠一样。但这些不是虚光子。它们携带的是另一种作用力，这种作用力与其所属的量子场一起，成为宇宙中所有物质得以稳定存在的重要因素。

没有它，所有我们熟悉的东西都将在转眼间消失。所有东西，包括你的身体。

那些在这里携带着这种惊人力量以保持一切物质完整的虚拟粒子比携带电磁力的虚光子有力几百倍，它们携带的是所谓“强相互作用力”。

但如果它们“只是”作用力的携带者，你为什么没有看到它们所在场中的基本粒子？虚光子令带电荷粒子互相作用，那么这里发生相互作用的又是什么？

你毫不犹豫地跃入质子中，又一次闭起你缩微版的眼睛，抬起你缩微版的手开始摸索……感觉……搜寻这么强大力量的携带者存在的目的……那么多能量围绕在你身边，你需要竭尽全力才能集中注意力，但最后，你还是成功了。你能辨出三种东西，三种模糊的、波状的、沉重的被科学家们称为“夸克”的小东西。这个名字或许听起来很奇怪，但所有名词在让我们熟悉之前不都这样？

除了现在的你，没有人真正见过夸克本身。它们自己甚至不能独立存在——那些不停地出现并消失在它们周围的强有力的虚拟小家伙们不会让这种事发生。夸克之间距离越远，它们的强相互作用力的携带者就会变得越狂躁，比宇宙中所有其他已知的力量更有效地将它们拉回到一起。

对于生活在质子里的三个夸克来说，生活实在很受限制，如同是在监狱，真的。

那么那些虚拟监狱守卫呢，强相互作用力的携带者们，它们又都是谁？是什么东西？它们不是光子，非常确定。它们也不是电磁场的一部分，记住：它们是另一种完全不同的场——“强相互作用量子场”的表现。

它们将夸克们粘在一起的能力非常高效，因此得到了“胶子”的名字。

夸克与胶子。

它们构成了我们宇宙中所有的质子。

缩微版的你正在探访的最小监狱里还是有些怪事的。

我们中的大多数人绝对相信如果自己被投入铁窗之后，作为一个人，自由就是离开你的牢房，离守卫越远越好。然而，对于禁锢在质子里的夸克，不管是不是有罪，自由却是反过来的。对于它们来说，自由在于短距离。它们之间距离越短，就越能自由地进行自己想要的行动。夸克的自由度真的是一个很奇怪的概念：当它们之间的距离变短后，就具有能够获得一整个世界的可能性。

由于发现了这种独特的自由度，三位美国科学家戴维·格罗斯(David Gross)、弗朗克·维尔切克(Franck Wilczek)和戴维·波利策(David Politzer)获得了二〇〇四年的诺贝尔物理学奖。这的确是一个很难理解的概念。在他们获奖之前几年，有一次我在剑桥大学遇见了戴维·格罗斯和弗朗克·维尔切克，我一直在想应不应该向他们报销当年我在试图理解他们的工作时不得不吞下的治头疼的药片钱。

夸克与胶子。

基本粒子夸克是由自己构成的。

胶子也是如此。

作为我们所知道的最强力量——强核力的携带者，胶子将夸克监禁在一起，只有在夸克彼此非常接近时它们才能得到自由，因此确保了构成我们的物质不会裂开。

夸克与胶子。

真是两个奇怪的名字，虽然它们被用来形容最真实的本质，但因为离我们日常生活实在太远，听起来似乎毫无意义。然而，强相互作用力及其夸克和胶子关系到构成我们身体的大约99.97%的物质。如果一个六十公斤重的成人一下子失去了自己的夸克和胶子的话，他将一下子只重十八克。显然，他肯定活不了。

要了解时至今日人类对自身的真相知道多少，或只想知道我们由什么构成，我们就必须了解夸克与胶子。对我来说，这已经是一个开展研究的好理由了，更不要说它们将很快带领我们旅行到时空诞生后大约一秒的世界。

我们已经提到过，这些新家伙们属于强相互作用场。显然，这也是一个量子场，因此，我们先前在电子与光子身上发现的大多数诡异的量子行为——譬如，在此处消失，然后出现在彼处，也就是“隧穿”——在这里也同样存在。但我们需要强调的是，强相互作用场与电磁场不一样，虽然它也充满了整个宇宙。如果你愿意的话，可以把它看成是另一种海洋，它的水滴是夸克与胶子，而不是电子与光子。没什么规定说粒子只能属于一个海洋：带有电荷时，夸克既属于电磁场，又属于强相互作用场。它们能与两种不同的作用力携带者——光子和胶子——相互作用。但在短距离中，胶子的力量比光子强许多许多。

那么这个新的海洋是个什么东西？它的基本粒子是些什么？

强相互作用场有六种不同的夸克。如果有足够的能量，这六种夸克能够在强相互作用场里的任何地方任何时间出现。但在原子核中只有六种中的两种。它们就是所谓的“上夸克”与“下夸克”。宇宙中所有的质子中都有两个上夸克和一个下夸克，所以我们可以公平地说，质子“向上”的力量大于“向下”的，或许这就解释了为什么它们在自己亚原子监狱里还能如此开心。

但质子并不是唯一的夸克监狱，正如你能够在你的金原子里看到的那样。

缩微版的你对氢原子已经没有多少兴趣了，于是跳回刚才你切割宝贝的厨房桌子上。

你的金原子还在，于是你跳了进去。

深藏在七十九个旋转着的电子下面的金原子核比氢原子核大了好多。为了与七十九个电子配对，你找到了七十九个质子。但还有其他模糊的小球围绕或分隔这些质子。这些是不带电荷的小球。你能数出一百十八个。

因为它们是电中性的，这些模糊的小球们被取名为“中子”。它们也是夸克监狱，它们是由英国物理学家詹姆斯·查德威克(Sir James Chadwick)发现的，查德威克是那位杰出的卢瑟福的助手，他也因此于一九三五年获得了诺贝尔物理学奖。

在每个质子中，胶子禁锢着两个上夸克和一个下夸克。上夸克占了多数。在中子里则正好反过来：下夸克二比一领先上夸克。

那么这些监狱又是怎么叠在一起构成原子核的呢？它们为什么不彼此分开或塌缩？那些质子可都是带有正电荷的，它们应该彼此排斥才对啊。

但是没有。为什么？因为强相互作用场和它的作用力携带者不许它们分开，不过是通过一种很奇怪的方式。一种残余的方式。

缩微版的你大胆地决定靠近一点，仔细看看那些难以捉摸的胶子如何将夸克禁锢在质子之中，以理解上面那段话是什么意思。它们就在那里，你没法看得太清楚，但你可以用瑜伽的方式感觉到。它们出现然后消失，防止夸克自己跑开。

突然，发生了一件非常奇怪的事。

某样东西离开了。有东西跳出了质子。那是什么？胶子？毕竟，这没有什么不可以。它们是守卫，不是囚犯……

但是，不对，不是胶子。

不管怎么说，好像不是自己走掉的。

你将自己瑜伽的感知力再次提高……这就是了。

胶子恰巧不是那种自己离开的东西。它们必须找到另一个胶子配对，一个朋友。当遇见合适的那位时，它们变成了另一种东西……

你环顾四周，就在那里，你的左边，两个夸克之间，再次发生。

一个胶子从背景场中出现，它的朋友也来了，另一个胶子，它俩合在一起……啪！就像光能变成电子，这两个胶子将自己变身为两个夸克！一对没被胶子束缚的夸克双胞胎！它们自由了，作为全新的粒子，它们离开了它们所属的夸克监狱！

你看着它们离开。

它们冲着邻近的夸克监狱奔去。实际上它们已成为另一种作用力的携带者，一种并不作用于夸克，而是作用于夸克监狱本身的作用力。当它们到达夸克监狱时，它们又变回胶子，在自己消失前开始守卫那里的夸克……

正是因为存在这种交换，中子与质子才能共存于原子核中。利用从一个监狱跑去另一个监狱的方式，两个胶子变成的夸克确保了原子核的稳定。

参与交换的粒子，那对穿行于监狱之间的夸克双胞胎被称为“介子”。它们所携带的作用力被称为“强核力”。这是一种吸引力，非常强大的吸引力。

日本理论物理学家汤川秀树早在实验发现介子存在之前很久就已预言了它们的存在，他因此获得了一九四九年的诺贝尔物理学奖。

还有一个有趣的插曲，存在于所有质子和中子内部的夸克和胶子的这些纠缠，正是造成我们很早以前就已提过的丢失的质量的原因，正是这些丢失的质量让恒星发光。

你现在已经很熟悉了，在恒星中，小的原子融合在一起变成更大的原子。也就是说恒星们将中子与质子们聚拢在一起，而且与分开时相比，这些中子和质子们一旦聚在一起，就不需要那么多虚拟胶子来守护它们的夸克（或介子来守卫它们的监狱）。有点像两个公司合并后，一些员工岗位就重复了，有些员工就会因此失业……在恒星内核，多余的胶子与介子也被解雇。因为它们带有一些能量，而且能量就是质量，解雇它们就意味着聚合而成的新原子核质量会变小。这就是为什么所有因聚变而产生的原子核比聚变前原子核各自重量之和要轻。这点与现实生活中解雇员工不同，然而，这些丢失的质量变成能量让恒星闪耀，其兑换率就是E=mc²。

在恒星内部深处，引力的能量被用来合成原子，这个过程又会让质量被转化成光和热，以及其他许多虽然存在但无法被我们眼睛看见的粒子。虽然我们生活中的大多数真相都隐藏在我们的感官之外，但一切都在我们的宇宙中被联系到了一起。

1. 卢瑟福是历史上最令人印象深刻的实验学家，他还发现了原子具有原子核（我在本章前面已经提到这一点）。他曾经担任过英国剑桥大学卡文迪许实验室主任，查德威克就在那里工作。​​​​​

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2. 如果你忘了在哪里，请参见第一部分，第3章。​​​​​

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