質子是我們宇宙中最重要的粒子之一，它是現存最穩定的粒子，半衰期比宇宙壽命還要長得多。你可能聽說過質子是由三個夸克組成的：兩個上夸克和一個下夸克，甚至還知道將它們結合在一起的是膠子。但事實上這是質子的一個非常簡化的模型，實際上質子可以同時由十幾種不同的基本粒子組成。

要更深入地了解這一點，我們要從基礎知識開始講起。我們已經明確知道，質子不是基本粒子而是復合粒子，也就是說它是由更小的粒子夸克組成的。根據我們目前的認識，夸克已經是最基本的粒子了。

我們還知道質子帶正電，電荷為 1，這意味著組成質子的夸克的電荷總和也必須為 1。于是他們提出了一個包含兩個上夸克和一個下夸克的簡單模型，因為上夸克的電荷是 2/3，下夸克的電荷是-1/3，把它們相加會看到電荷總數回到 1。

但如果質子內有帶電的夸克，我們從電磁學中可以預測，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。所以在質子內，夸克之間的距離小于飛米，那么將導致兩個上夸克相互分開并摧毀整個質子。顯然這沒有發生，因為還存在著強核力。這也是一種基本力，在具有色荷的粒子之間起作用。

色荷有三種顏色：紅色、藍色和綠色，每個夸克都帶有一種顏色，而它們組成的重子（例如質子）則整體呈白色。介導強核力的粒子被稱為膠子，它也含有色荷。因此，夸克之間的電磁排斥力會被膠子結合的強力所抵消，它還可以防止帶相反電荷的上下夸克之間的電磁吸引力導致它們坍縮成奇點。因此強力可以根據其作用范圍而具有吸引力或排斥力。

現在我們明白了基本知識，接下來就更深入地研究一下最開始提到的問題。質子的整個尺寸不到一飛米，這是一個難以置信的微小距離，它牢牢地將我們置于量子力學體系中。隨著牛頓定律的不適用，我們需要量子力學來描述這些系統。

由于在這種尺度上粒子的波狀性質，量子力學只能給出不同事件的概率。例如氫原子中電子的位置是以每個范圍內的概率給出的，而不是給出一個明確的答案。這不是由于缺乏測量精度而引起的，而是宇宙的基本和內在的規則。

其中，最著名的是海森堡的不確定性原理，它告訴我們不可能同時準確地知道粒子的位置和動量。事實上，不僅僅是位置和動量，能量和時間這一對屬性也是不確定性的，如果我們用公式來表達就是：ΔtΔE≧?/2。所以這個不確定性原理意味著時間的不確定性乘以能量的不確定性必須大于約化普朗克常數除以2。

這也就意味著，自發存在的能量越多，它可以存在的時間就越短。如果ΔE確實很大，那么Δt一定很小，反之亦然。這對質子很重要，因為這意味著在質子內，海森堡的不確定性允許能量不斷地出現和消失。從愛因斯坦的狹義相對論中，我們知道能量和質量是等價的，因此來自不確定性原理的能量表現為質子內的質量。具體而言，它能通過創建粒子-反粒子對來做到這一點。(www.ws46.com)

所以讓我們將這一切理論放入質子中，它們允許粒子-反粒子對在其內部短暫形成。在這種情況下，它們總是以夸克-反夸克對的形式存在。并且由于量子色動力學的存在，這些夸克對將在系統內相互作用。舉一個簡單的例子，不確定性原理導致上夸克和反上夸克出現在質子內，并持續不確定性原理所允許的時間，然后這些額外的夸克就會互相湮滅消失。

所以，在短暫的時間內，質子實際上由五個夸克組成，三個上夸克、一個下夸克和一個反上夸克。我們將始終保留在質子中的三個夸克，即我們所熟悉的兩個上夸克和一個下夸克稱為價夸克。由于海森堡不確定性而出現的夸克-反夸克對被稱為海夸克。

上夸克和反上夸克只是其中一個簡單的例子，質子中還會反復出現其他味道的夸克和反夸克對。但是上夸克是最輕的，它的壽命最長，而其他類型的夸克較重壽命較短，因此我們幾乎不會在質子中看到巨大的頂夸克，因為其在湮滅之前只存在非常短的時間。