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第16章 强相互作用与引力的比较（第1页）

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1.力量对比：一场“巨人”与“蚂蚁”的战斗

首先，直观感受一下四种基本相互作用的相对强度（假设强相互作用为1）：

相互作用

相对强度

作用范围

强相互作用

1

~10?1?m（原子核尺度）

电磁力

10?2

无限远

弱相互作用

10?13

<10?1?m

引力

10?3?

无限远

结论显而易见：强相互作用比引力强了大约103?倍（即1后面跟着39个零）！在原子核的微观世界里，引力完全可以忽略不计，强相互作用是绝对的王者。

2.战场一：原子核内部（强相互作用完胜）

引力想做什么：质子带正电，它们之间存在巨大的电磁斥力。引力试图将所有核子（质子和中子）拉拢在一起，但它的力量太微弱了，根本无法对抗电磁斥力。

强相互作用做了什么：强相互作用（由胶子传递）在极短的距离内（约1飞米，即10?1?米）发挥作用，它将核子牢牢地“粘合”在一起，形成了稳定的原子核。这种力远强于质子间的电磁斥力，从而保证了原子核不会因电磁力而飞散。

结果：在这里，强相互作用不仅对抗了引力，它主要是为了对抗电磁力，并且轻松取得了胜利，奠定了物质世界的基础。

3.战场二：中子星内部（史诗级的平衡）

这是强相互作用与引力直接对抗最经典、最壮观的宇宙舞台。

引力压缩：当一颗大质量恒星死亡坍缩时，其核心的引力强大到足以压碎原子。电子被压入原子核，与质子结合形成中子。

强相互作用介入：整个星体几乎被压成了一个巨型的原子核（直径约20公里，质量却可达太阳的2倍多，密度极高）。此时，中子与中子紧密地挤在一起。

量子力学的帮助：中子简并压力：由于泡利不相容原理（一种量子效应），这些中子会产生一种巨大的简并压力来抵抗进一步的压缩。这种压力的本质，就是强相互作用和量子力学共同作用的结果。

形成平衡：

引力：试图将整个星体进一步坍缩成一个黑洞。

强相互作用（表现为简并压力）：顽强地顶住了引力的挤压。

结果：两者达到了一个极致的平衡，形成了一种稳定的致密天体——中子星。

在这个战场上，强相互作用（以简并压力的形式）成功对抗了引力，阻止了引力最终获胜（即形成黑洞）。

4.战场三：黑洞（引力的终极胜利）

然而，宇宙中存在着引力的绝对领域。

如果坍缩核心的质量超过了奥本海默-沃尔科夫极限（大约2-3倍太阳质量），那么引力将强大到连强相互作用产生的简并压力也无法支撑。

引力会彻底压倒强相互作用、弱相互作用和电磁力，使得物质被无限压缩成一个奇点。

结果：在这里，引力取得了最终胜利，形成了黑洞。

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