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将原子核理解成质子和中子粘在一起或互相绕着转动的系统是一种“过时的”认识，这种思路已经走进死胡同。如今物理学家们探寻的是坚硬粒子之间的力，而不是去发现令一个人困惑的变动而不稳定的新世界。
1930年，通向完整物质理论的道路下一步该迈向何方是清楚的。分析性的向内旅程已经到达了原子的核心——原子核。
那时人们已经知道，物质的大部分质量被禁锢于原子核内。集中于原子核内的电荷建立起电场，这个电场控制着周围电子的运动。原子核非常重，因此通常移动起来要比电子缓慢得多。电子在化学过程和生物学过程中扮演着重要角色（电子学就更不用说了），而原子核则躲在幕后写剧本。
别看在生物、化学和电子学中原子核大多待在后台，它们可是明星中的明星。正是原子核提供了恒星（当然也包括太阳）在星序位置上不断变更所需的能源。因此，搞清楚原子核的重要性是显而易见的。
但在1930年，这种理解还是很初步的，增进对原子核的理解在当时被提升到物理学研究的最前沿。恩里科·费米在他的讲座中画过这么一幅画：原子图像的中心云雾缭绕，贴着标签“这是龙”。整个图就像一幅古代地图，而龙所在的位置则是尚未开垦的前沿，正有待开发。
显然，从一开始基本上就是新的力在统治核世界。在前核物理学时代，人们知道的经典的力只有引力和电磁力。但在原子核内，电性力表现为斥力，因为核拥有的都是正电荷，而同性电荷相斥。引力又因为核的质量太小而显得过于微弱，难以对抗静电斥力。（在本书的第二部分里我们再对引力的微弱详加论述。）因此提出新的力是必要的，而且这种新的力被冠以强作用力。为了保持核能够如此紧密联结在一起，这种强力必须比任何已知的力更强大。
经过几十年的实验和理论上的艰苦努力，人们已经发现了支配原子核运动的基本方程。令人惊讶的是，人们居然能够完全发现它们。
困难是显而易见的。首先观察这些方程是如何起作用的就非常困难，因为原子核非常小。它们大约要比原子小上10万倍甚至更多，比纳米尺度更是小上百万倍。原子核尺度现在正是微纳米技术需要攻克的主要目标。试图用宏观工具——譬如说用秤或普通的镊子——来操控原子核，就好比用两个埃菲尔铁塔当筷子来夹起沙粒，根本行不通。这是一项艰难的工作。为了探索核尺度领域，我们必须发明全新的实验技术，研制出全新的试验设备。为此我们将走访超级闪光纳米显微镜（ultrastroboscopic nanomicroscope，即著名的斯坦福两英里直线加速器，SLAC）和具有创造性破坏力的装置（即大型电子对撞机，LEP），后面几章要说的故事就是围绕那里的发现展开的。
还有一个困难是，微纳米世界所遵循的规律与此前任何已知的规律完全不同。在物理学家能够真正掌握强相互作用之前，他们不得不舍弃自然赋予人类的传统思维方式，代之以奇怪的新思路。在随后几章我们将深入探讨这些新概念。它们是如此新奇，以至于如果我只是将它们作为事实来介绍，你可能不会——也应该不会——相信。
有些新概念完全不同于我们以前接触过的任何概念。它们可能与你在学校学到的概念看似矛盾——也可能实际上就是相互冲突的。（当然这还要取决于你去的是什么学校，何时去的。）本章只是要简短说明为什么我们必须对传统物理学进行革命，它的作用是要在核物理学的传统解释（你在大多数高中和大学物理入门课本中仍能够看到这类解释）与新的理解之间架起一座桥梁。
1932年，詹姆斯·查德威克发现了中子，这是一个里程碑。在查德威克的发现之后，理解原子核的道路似乎变得简单了。人们认为原子核的构件已经被发现，它们就是质子和中子。这是两种重量差不多的粒子（中子约重0.2%），而且有着类似的强相互作用。质子和中子之间最明显的差别是质子具有正电荷，而中子呈电中性；此外，孤立的中子是不稳定的，会在大约15分钟的寿命期内衰变成一个质子（加一个正电子和一个中微子）。将质子和中子简单相加，你就可以得到不同电荷数和质量的模型原子核，它与已知原子核基本相符。
要了解和精确化这个模型，方法似乎只能是测量作用在质子和中子的力。正是这些力将核拉拢在一块。描述这些力的方程即构成强相互作用理论。通过求解这一理论的方程，我们不仅可以检验理论还能够进行预言。由此我们将写就一个简洁的物理学新篇章，即所谓“核物理学”，其核心就是由简单优美的方程描述的“核力”。
在这一计划的激励下，实验物理学家研究了质子与其他质子（或中子，或其他核）的近距离碰撞。我们将这种实验称为散射实验，就是你向靶粒子射入一个粒子，然后看看会出现什么结果。其思想就是通过研究质子和中子的偏转或散射来重构核力。
遗憾的是这种简单策略失败了。首先，人们发现核力非常复杂，它不仅依赖于粒子之间的距离，而且与其速度和自旋方向
有着复杂的联系。事情很快就变得明了，这种力不存在简单而优美的定律，描述这种力的方程可能完全不同于牛顿的万有引力定律或静电库仑定律。
其次，也是更糟糕的是，这里的“力”不是传统意义上的力。当你将两个高能质子进行对撞时，你会发现它们不是简单地相互朝相反方向偏转，而往往是产生出两个以上的粒子，而且这种情形并不限于质子。事实上，许多新粒子就是这么在实验物理学家进行的高能散射实验中被发现的。新粒子——最终发现的有不止一打——是不稳定的，因此我们通常在自然界很难遇到它们。但是当人们详细研究了它们的其他性质——特别是其强相互作用性质以及大小——后，发现它们都类似于质子和中子。
有了这些发现后，仅仅考虑质子和中子本身或认为根本问题是要确定它们之间的力就显得不合适了。于是传统意义上的“核物理学”变为一个更大课题的一部分，这个更大的课题将所有新粒子及其产生和衰变的表观复杂过程全都包容进来。为了描述这些新的基本粒子，这个新种属的龙，我们需要用新的名字为其命名，它们叫强子。
我们在化学中的经验表明，对所有这些复杂性给予解释是可能的。也许质子、中子和其他强子不是基本粒子。它们也许是由性质更简单的更为基本的对象构成的。
事实上，如果你将针对质子和中子做的散射实验换在原子和分子水平上做，研究原子和分子在近距离碰撞下会出现什么结果，你同样会得到复杂的结果。你会得到重新分布的分子和碎裂而成的新类型分子（或处于激发态的原子、离子或自由基）——换句话说，得到的是各种化学反应。服从简单的力定律的只是基本的电子与原子核，而由多个电子和原子核组成的原子和分子则不。那么对于质子和中子以及它们新近被发现的近亲是不是也可以有类似的说法呢？其表观的复杂性是否有可能取决于服从更简单法则的更基本构件的内在性质呢？
砸破东西可能显得粗鲁，但你也许同意这是找出这件东西是由什么制成的一个简单方法。如果你将原子轰击得足够致密，它们将分裂为其组成的电子与原子核。这样它们的基本构件就会得以暴露。
但是用这种方法来研究质子和中子内部更简单的构件却碰到了巨大困难。如果你将质子轰击得足够致密，你会发现得到的是更多的质子，有时还会伴有其他强子。一个典型的情形是，你让两个高能质子相互碰撞，得到的却是3个质子、1个反中子和若干个π介子。这些粒子的总质量会大于反应前两个质子的质量和。我们早先讨论过这种可能性，这里我们又遇到了这种情形。用更高的能量进行更激烈的对撞，你得到的不是较小较轻的构件，而是更多的同类粒子。事情似乎并没有变得简单。这就好像你原打算将两个澳洲青苹果放在一起捣成苹果泥，结果却得到3个澳洲青苹果、1个红苹果、1个哈密瓜、一打樱桃和一对西葫芦。
费米龙已成为古希腊神话中可怕的九头蛇。将其碎尸万段，只会有更多的九头蛇从中冒出来。
更简单的构件是存在的。但这种基本“简单性”包括了某些怪异和自相矛盾的行为，使它们不论在理论上还是在实验上都变得扑朔迷离。要理解它们——甚至觉察出它们——我们需要一个新的开始。