在最基礎的水平，現實僅決定于宇宙的兩個特性：組成所有現存事物的量子和它們之前的相互作用。盡管統領的這些法則看起來非常複雜，其中的概念極其簡單明了。宇宙由碎散的能量組成，這些能量被束縛在具有特定屬性的量子粒子中。這些粒子根據構成我們現實的物理定律相互影響，相互作用。

有些量子特性控制粒子是否以及如何在特定力下相互作用。所有事物都具有能量，因此所有事物都受引力的影響。然而，隻有具有正确種類電荷的粒子會受到其他力的影響，因為要使耦合發生，這些電荷是必要的。對于強核力來說，粒子需要色荷才能相互作用。但是誇克其實沒有顔色。接下來所描述的才是真實發生的事。

圖解：人們相信标準模型的粒子和反粒子是物理定律的結果。雖然我們将誇克、反誇克和膠子描述成有顔色或者反色的，但是這隻是一個類比。其中的科學才是更吸引人的部分。

雖然我們可能無法理解所有關于這一現象的知識，但我們已經發現且揭秘了标準模型的所有粒子以及控制它們相互作用的四種力——引力、電磁力、弱核力和強核力的性質。但不是每個粒子都會參與每次粒子間的相互作用，得有正确的電荷才行。

在四種基本力中，每個粒子都具有固定的能量，甚至像光子那樣沒有質量的粒子。隻要你有能量，你就能感受到引力。而且正能量(或質量)是僅有的一種引力電荷。因此，引力始終是吸引力，并且它存在于宇宙中的一切事物之中。

圖解：運用動畫來觀察在有質量穿過時空時它的反應有助于準确地展示在性質上，時空不僅僅隻是一張布料。相反，宇宙中物質和能量的存在和它們的性質彎曲了空間本身。比如說，注意如何重力始終都是吸引力的這一現象，因為(正)類型的質量/能量隻有一種。(LUCASVB)

電磁學會稍微更複雜一些。不同于隻有一種類型的基本電荷，它有兩種：正電荷和負電荷。當相同的電荷(正和正或者負與負)相互作用時，它們相互排斥，然後當相反的電荷(正和負)相互作用時，它們相互吸引。

這引出了一個令人興奮的可能性，即重力不具備能夠對外的單獨帶電物體施加淨力去達到束縛狀态的能力。等量的正電荷和負電荷結合成一個系統時會産生一個中性的物體: 一個沒有淨電荷的物體。自由電荷會施加吸引和/或排斥力，但是不帶電的系統不會。這是引力和電磁力最大的區别：是否能創造由不是零電荷組成的中性系統。

圖解：牛頓的通用引力定理(L)和庫倫的靜電定理(R)的形式是幾乎相同的，但是一種vs.兩種電荷最主要的區别給電磁學打開了新的充滿着可能性的大門。(丹尼斯－尼爾森/ RJB1/ E.西格爾)

如果我們同時想象這兩種力，你可以把電磁力想成有兩個方向，而引力隻有一個方向。電荷可以是正的或者是負的，各種各樣陰陽離子的結合，陽性陽性、陽性陰性、陰性陽性、陰性陰性使得吸引和排斥發生。引力從另一方面來看隻有一種類型的電荷，所以它隻有一種力：吸引力。

盡管有兩種類型的電荷，對于電磁的吸引和排斥作用來說，一種粒子——光子，就夠了。電磁力的結構相對于簡單——兩種電荷，類似的光子相互吸引，相反的排斥—單個粒子，光子， 可以同時解釋電和磁的效應。從理論上來說，一個粒子，即引力子，也可以為引力做同樣的事情。

圖解：今天，費曼圖被用于計算每個跨越強和弱力,和電磁力基礎的相互作用，包括高能和低溫/冷凝的狀态。這裡所示的電磁相互作用全部都是由一個帶力的粒子，光子，所控制的。(De Carvalho, Vanuildo s.et al.nucl.Phys.B875(2013)738-756)

但是在完全不同的基礎上存在着強力。它與引力和電磁力相似，在某種意義上它與一個新型電荷和新力的可能性聯系着。

試圖想象一個原子核，你必須同時立刻認識到強于電力的另一個力也必須存在，否則由質子和中子組成的原子核會因為電荷排斥而飛散開來。而負責的讓原子核待在一起的力被創造性的命名為強核力，作為組成質子和中子的成分——誇克，既帶電荷還帶有另一種新型電荷：色荷。

圖解：類似于QCD動力學，紅綠藍的類比是如何标準模型外的現象被感念化的方式。這種類比通常比色荷的概念更進一步，例如通過technicolor這樣的延伸。(維基百科用戶 BB3CXV)

但和你想象的相反，這些跟顔色其實并沒有關系。我們叫它有色荷的原因是它不止是一種基礎的有吸引力的電荷(如引力)或者是兩種相反的類型的基本電荷(如電磁學的正電荷和負電荷)，強力是由三種基本類型的電荷所控制的，并且它們不同于其他我們更熟悉的力，遵守着截然不同的規則。

對于電荷來說，一個正電荷可以被一個同樣大小的相同且相反負電荷所消除。但是對于色荷來說，有三種不同的基礎電荷。如果要消除一種單色電荷，需要一個第二種和第三種電荷。相同數量的三種電荷的結合産生的組合被稱為“無色”的組合，并且無色組合是唯一的穩定的多粒子組合。

圖解：與強核力相互作用的誇克和反誇克是紅色，綠色和藍色的(對于誇克)，和青色，洋紅色，和黃色的(對于反誇克)。在強力的原則下可存在紅色 綠色 藍色，青色 洋紅 黃色任何無色組合或者是其他合适的有色/反色組合。(亞大巴斯卡河大學/維基共享資源)

這單獨分别适用于有着正色荷的誇克和有着反色荷的反誇克。想象一個色環，你可能會把紅色、綠色和藍色放在等距的位置，像個等邊三角形一樣。但是在紅綠之間會是黃色，在綠藍之間會是青色，在紅藍之前會是洋紅色。

這些中間的色荷對應着反粒子的顔色：反顔色、青色和反紅色、洋紅色和反綠色、黃色和反藍色是一樣的。就像可以用紅色、綠色和藍色三種誇克組成一個無色組合(像一個質子)，你可以用青色、洋紅色和黃色的反誇克組成一個無色組合(像一個反質子)。

圖解：三個誇克(RGB)或三個反誇克(CMY)的組合是無色的，适當的誇克和反誇克的組合也同樣。保持這些實體穩定的膠子的交換非常複雜。(Maschen /維基共享資源)

如果你對色彩有了解，你可以用另一種方式來想象如果制作一個無色組合。如果三種不同顔色或者反顔色可行，也許正确的顔色和反顔色也可行？

事實上它的确可行。你可以把誇克和反誇克正确的結合在一起去制作一個無色的複合粒子, 稱為介子。這樣可行的原因是：

1.紅色和青色

2.綠色和洋紅色

3.藍色和黃色

都是無色組合。所以隻要淨電荷是無色的，它就可以存在于強力的原則中。

圖解：誇克(RGB)和相應的反誇克(CMY)組合始終确保了介子是無色的。(ARMY1987 / Timothyrias 維基共享資源)

這可能會讓你開始向一些有趣的方向思考。如果紅綠藍的組合是無色的，但紅青色的組合也是無色的，這是否意味着藍色綠色和青色是相等的呢？

完全正确。這意味着你可以把單個(有色)的誇克和以下的任何一個配對：

1.兩個其他的誇克，

2.一個反誇克，

3.三個其他的誇克和一個反誇克，

4.一個其他的誇克和兩個反誇克，

5.五個其他的誇克，

或者任意其他的能達到無色總量的組合。當你聽到像四誇克态(兩個誇克兩個反誇克)或者五誇克态(四個誇克和一個反誇克)這樣奇怪名字的粒子時，你知道它們也遵循着這些規則。

圖解：當有自旋和可以是1/2，3/2，5/2的六個誇克和六個反誇克可供選擇時，五誇克态的可能性比所有重子和介子的可能性更多。在強力中唯一的規則是所有的這些組會必須是無色的。(CERN /LHC/LHCB 合作)

但是顔色隻是一個類比，如果你追究細節的話，它很快就會站不住腳。比如說強力是通過交換帶有色荷和反色荷結合的膠子。如果一個藍誇克釋放出一個膠子，它可能會變成紅誇克，這意味着釋放出的膠子含有一個青色(反紅色)一個藍色的色荷，能讓它保持它原先的顔色。

那你可能會想，有三種顔色和三種反色就可能與九種可能類型的膠子。畢竟你可以把每個紅色，綠色和藍色與每個青色，洋紅色和黃色搭配的話，就能得到九種可能的組合。這是個很好的初步猜測，它非常接近正确的理論。

圖解：通過色荷的存在和膠子的交換而運作的強力是使原子核結合在一起的力。膠子必須有一個色荷和反色荷的結合體以使得強力如此，且必須如此運作。(維基共享資源用戶 qashqaiilove)

但事實證明隻存在八個膠子。想象一個紅誇克釋放出一個紅色/洋紅色的膠子，那個紅誇克将變成綠誇克，因為這是你保存顔色的方式。這個膠子會再找一個綠誇克，這樣洋紅色可以消除綠色然後留下紅色。通過這種方式，顔色在相互作用的有色粒子間交換。

但是這種思維方式隻适用于六個膠子：

1.紅/洋紅

2.紅/黃

3.綠/青

4.綠/黃

5.藍/青和藍/洋紅。

當你遇到其他的三種可能性—紅/青，綠/洋紅和藍/黃—時，問題就來了：它們是無色的。

圖解：當你有三種無色且可能的色荷/反色荷組合時，它們會混在一起産生兩個在各種色荷/反色荷組合中不對稱的“真正的”膠子，還有一個完全對稱的膠子。隻有不對稱的那兩個組合能産生真正的粒子。(E.西格爾)

在物理學中，隻要粒子有相同量子數，它們就會混在一起。這三種無色的膠子也絕對會混雜在一起。有關它們如果混在一起的細節非常深奧且超出了非技術性文章的範圍，但是最終會得到兩種有着三種顔色和反色的不同結合，和一個有着平均所有顔色和反顔色的結合。

最後的一個膠子是真正無色的而且不能與任何有色的粒子和反粒子進行物理性的相互作用。因此，隻有八個符合自然法則的膠子。誇克(和/或反誇克)之間的膠子交換，以及其他無色粒子和其他無色粒子之間的交互實際上是原子核能結合在一起的原因。

圖解：單個的質子和中子可以是無色的但是它們之間仍存在着殘留的強力。宇宙中所有已知的物質都可以被分為原子，原子則可以被分為原子核和電子，然後原子核可以繼續被分解。我們可能還沒有達到分裂的極限，或是達到能把一個粒子分為多個構成部分的水平，但是我們所說的色荷或在強相互作用下的電荷是誇克，反誇克和膠子的最基本屬性。(維基共享資源用戶 Manishearth)

我們可以把它叫做色荷，但是強核力遵循着獨屬于我們宇宙現象規則。我們可以給予誇克顔色，反誇克反色，膠子顔色和反色的組合，但這隻是一個有限的類比。實際上粒子和反粒子根本就沒有顔色，它們是遵循着一個有三種基本類型電荷的相互作用規則，并且隻有沒有靜電荷的結合可以存在于這個系統的自然界中。

這種複雜的相處作用是唯一已知的可以克服電磁力并将兩個像電荷那樣的粒子結合成單一穩定結構—原子核—的力。誇克實際上沒有顔色，但它們有被強相互作用所控制的電荷。隻有具備這些獨特的屬性，這些構建物質的基本元件才能結合起來形成我們現在居住的宇宙。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. medium-一本正經的猹-半月im- Ethan Siegel

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