使原子核内部紧密结合的是强作用力，关于这个力的理论预言说，存在一些新奇的物质形式，它们被戏称为“胶子球”和“杂子”（“hybrids”）。下述故事用事实说明了在科学中由于运用类比和反论从而取得了进步。
在原子核的内部深处有很强的作用力，关于这些力最近的理论提出，禁闭在这些力场中的能量可能凝聚并形成奇异的纯能量的球，称为胶子球。新近的实验也许已经发现了这类胶子球的第一个实例、虽然对于这个实验结果也可以作其它解释。理论家现在推测，还可能存在一些更怪异的胶能的载体，即被我们戏称为“杂子”（“hybrids”）的粒子形式。但它们又是怎样的杂子呢？胶子球又是什么？如何能看到它们？
存在这类新奇物质形式的可能性，是根据我们对核内强作用力理论（这个理论成熟于七十年代）的理解提出来的。再说，提出这些见解又根据以下的发现：原子核内的质子和中子是由夸克构成的，作用于夸克的力与电引力相似——虽然有细微的但影响深远的不同。
原子是由于原子核和绕着它作轨道运行的电子的相反电荷之间的引力而得以成为一个整体的。以这种方式束缚在原子中的电能可以转化为电磁辐射（例如可见光）。因此，是否可能存在纯粹的光的“原子”呢？
自然界不允许这种奇想成为事实。光是电中性的，所以光子之间没有相异电荷的引力使它们聚在一起并形成奇异的新粒子。但是这种由光构成的原子的核状类似物很可能存在着，其形式是胶子球。
物理学家经常运用与已有的知识进行类比的方法来解决问题，这里的整个故事就是一个很好的例子。十九世纪的科学家，受技术条件的限制，不能肯定原子是否存在。那些相信原子的幻想家想出原子是一些微小的弹子球那样的东西，没有任何特点可言，它们不可分割，是物质的最小极限。1911年，当时在曼彻斯特大学做研究工作的E · 卢瑟福彻底改变了这种观念，他揭示出，在原子中心有一个又重又密的原子核，在它的周围散布着一些质量很轻的电子。因此他设想原子是一个微型的太阳系：行星似的电子围绕太阳似的原子核作轨道运行。本质的新内容，就是带正电荷的原子核与负电子之间的电磁引力，它代替了重力的作用，使原子成为一个整体。
卢瑟福的模型利用了与太阳系的类比，而太阳系的问题早在二百年前自牛顿以来就已通晓了。但是这个“解决”也产生了一个反论，这里是研究过程的两个重要关键：作出类比，然后找出反论。反论往往能最准确地指出前进的方向，这样说是很有道理的。
卢瑟福模型所带来的问题是：已知的物理定律不允许这种模型成立。尽管如此，原子似乎还是以这样模型的方式存在着。电子带电，旋转着的电荷会作电磁辐射，例如发射出无线电波或可见光。原子确实是发光的，但它是用特定方式发光的：在路灯内的钠蒸汽发出常见的黄色光，而水银灯产生蓝绿的色彩。每一种化学元素仅发出某些特定波长的辐射，因而有清晰的离散的光谱线。另一方面，根据卢瑟福模型，电子应该沿着螺旋线运动，同时发出所有颜色的光，最后落进原子核内，这个过程仅需几分之一秒的时间。如果真是这样，那就糟了，这意味着原子以及我们自己就这样完结了。我们制造黄色钠灯并使之发光尚且持续了相当长的时间，这表明原子并不是坍陷得如此之快。
1913年，丹麦物理学家N. 玻尔为解决这个反论迈出了根本性的一步。他提出原子中电子的能量是“量子化”的。换句话说，原子中的电子只能处于某些特定的运动状态，特别是它们绝不会落进原子核内。当电子从一种状态跃迁到另一种状态时，可能发出特定能量（颜色）的光——正如在钠灯中那样。
这个关于亚原子的行为的观点是全新的。过去对微观物理方面仅有不完整的经验，它仅能对微观世界不可思议的行为提供有限的引导。而量子力学这门新学科为过去的经验作出了必要的理论概括。随着对自然界有了更丰富，更完全的认识，又产生了高度复杂的技巧，这些是在1913年还梦想不到的。
量子力学揭示了自然界的一个最不相容的奥秘。1925年，当时在苏黎世的W · 泡利，阐述了他的“不相容原理”。这个原理断言：在同一个原子内不会有两个电子处于相同的运动状态。这个简洁明瞭的规则紧紧地限制了电子的行为，使得原子不可能有无限多种，而仅有少数几种，结果与我们在自然界中发现的那些元素正相符合。因此，随着量子力学的到来，整个化学一下子就纳入了新的原子物理学的范围。物理学的前进过程是：从类比，到反论，直到老问题的全新的惊人的解决。
截至1930年，原子的量子性质已成为普通知识，人们转向研究原子核，这里有一个新的反论出现了。相反的电荷相吸这一法则完满地解释了最简单的原子即氢原子的结构，它的原子核仅由一个质子组成，也仅有一个电子绕着它作轨道运行。但是在复杂的原子中，可能有多至九十二个质子挤在一个紧密的原子核中，看来这与“同性电荷相斥”的常识相矛盾。是什么力使原子核不至于溃散呢？
日本理论物理学家汤川秀澍提出，在原子核内部有很强的吸引力在起作用。根据类比的推理，他论述道：如果束缚在原子核内的电磁能是以电磁辐射，即间断地放出粒子——“光子”的形式释放出来，则从束缚在原子核内的力场中释放出来的能量也应该是粒子。他称这种粒子为“介子”。当1947年从宇宙线的实验中探测到了这种粒子时，他的理论得到了证实。
这个类比的成功又带来了更进一步的难题。在高能粒子加速器中被一起打碎的原子核碎块中，不仅发现了介子，还有几十个类似的粒子不是理论所预见到的。在六十年代之前，当实验家辨识出一百多个这类所谓的“基本”粒子之后，情况处于混乱状态。
在过去的二十年中，情阮又更加混乱了，这次仍然是运用类比找到了出路。因为原子是由电子和原子核组成，而原子核又包含质子和中子（中子不带电荷，质量与质子大致相等）。根据类比推测，质子、中子、介子以及上百个其他未知的粒子又是由更基本的东西构成的。1964年，加利福尼亚理工学院的理论物理学家M · 盖尔曼称这些更基本的粒子为“夸克”。在这个模式里，中子和质子都由三个夸克组成，汤川介子仅包含两个夸克——是一个夸克与一个反夸克的束缚态。因为物质与反物质相接触会湮灭，所以介子的寿命很短，而原子核内的质子和中子是长期稳定的。
夸克只能三个一组，或者由一个夸克和一个反夸克结合在一起，看来这是一条规则。这条规则是如此确凿不破，它必定要为揭示夸克间的作用力的本质提供一个重要的线索。为什么不存在两个夸克的团块或四个夸克的团块呢？为什么看不到单独的夸克？我必须立即承认至今还没有一个完全的理论来说明为什么单独的夸克未必会有，或甚至不可能有。但如果说它们要处于被禁闭的状态是自然界的一条定律，我们就不难解释为什么仅出现这些特别的夸克团块。
关于夸克作用力的性质的最早的端倪在夸克概念被提出之后就立即出现了，虽然对它有现在这样的认识还是后来的事。泡利的不相容原理完全限制了原子中电子的运动状态，从而论证了只可能有这些已知的元素存在，这个原理应该对夸克也适用。马里兰大学的O · 格林贝格发现，这个原理在形式上也不允许那些事实上出现的夸克团块存在。在1964年提出这个观点之后，夸克概念不再被普遍地接受。但了不起的是，格林贝格并没有把泡利的反论看作是否定夸克模型的证据，而是提出了最根本的解决方法，过了二十年之后，可以肯定是正确的。因为这个研究是如此枢要，我要津津乐道这个问题的原原本本。
泡利原理不仅禁止在同一个原子内两个电子处于相同的运动状态，它也禁止在同一 · 个质子或任何这类粒子（例如Ω-粒子）内两个夸克处于相同的状态。现在Ω-（读作欧米加负粒子）由三个夸克组成，三个夸克显然都是相同的——但这种构造是泡利原理所不允许的。为了解决这个反论，格林贝格提出夸克具有新型的荷，我们现在认识到这种新荷相似于电荷，但它有各不相同的三种。为了区别这三种不同的荷，物理学家假想地用红、黄、蓝三种颜色来称呼它们，并总称为“色”荷。并且，不同于电荷那样仅有正的或负的单位电荷，这里有“正”的和“负”的红、黄、蓝色荷。夸克带有正的色荷，反夸克带有相应的负的色荷。
如何解决在Ω-中有三个相同夸克的反论呢？回答是只要它们不再相同就行了：如果一个夸克带红色荷，一个带蓝色荷，一个带黄色荷，它们就完全不同。这样，Ω-存在的可能性就突然出现了——正如实验所观察到的。
在六十年代中期，理论上需要我们相信夸克存在（虽然还没有一个人看到过夸克的例证），但似乎那又不足以使我们轻信它们带有叫做色荷的这种奇怪的新特质。所以我们听说大多数基本粒子物理学家在接受这种概念时带有相当勉强的心情，并不感到奇怪。但越是众多的证据积累起来就越显出色荷假设的色彩。1968年，实验物理学家用电子轰击质子，并间接地看到了夸克。到了1970年，三重色荷的载体第一次明显地出现了。这个概念看来要成为定论。理论由于反论的引导，通过类比，以至推测并差不多证实了夸克的存在。在下一步，我们又被带到现在这个令人鼓舞的胶质理论的领域，类比似乎又再次作了有用的引导。
夸克，以及由他们构成的粒子，诸如质子和介子，都经受强核力的作用。而电子，它不是由夸克构成，不受这种力的影响，也许这就是我们发现它们又处于原子的外围而不是在原子核内部的原因。这种巧合是有启发性的：能否说夸克的色荷是强相互作用力的根源？如果是这样，那么何以电子被强核力所束缚，以及何以夸克总是组成三个一组或夸克一反夸克这两类不可思议的团块，这些都可得到解释了。
这个类比证明是有成效的。当我们把熟悉的“同性电荷相斥”和“异性电荷相吸”的规则推广到三种色荷上时，相吸的法则直接推出夸克呈三个一组或一个夸克与一个反夸克的束缚态这个结论（附一）。夸克间的作用力的确与电力相似。并且，与光子形式的电磁辐射相对应的色荷类似物——“胶子”的辐射是存在的。
附1色力是怎样起作用的
相反的色荷相吸，所以一个“正的红色”夸克与一个“负的红色”反夸克结合成一个介子（图上部）。但又有“不同的夸克相吸”，所以三个不同的夸克也能形成一个粒子，它排斥其他具有同样色荷的夸克进来。假定色荷的行为方式相似于电荷，夸克带正的色荷，反夸克带负的色荷，并且“相反的色荷相吸”。所以一个带有正的红色荷的夸克将吸引一个带有负的红色荷的反夸克。同样，正的黄（或蓝）色荷吸引负的黄（或蓝）色荷。这使得夸克与反夸克互相吸引。这种束缚态是熟知的，它们形成一种叫做介子的物质，其中的汤川介子是最熟悉的例子。
在静电学中，任意两个正电荷总是“相同的荷”，并且相斥；在色荷中，两个红色夸克总是相同并相斥的。但是在红色夸克与蓝色夸克之间又怎样呢？相同之处是它们都是带有正的色，荷的夸克，但色荷的濑色不同。结果表明相吸的规则是略加推广了的，即不仅“相反的”色荷相吸，而且“不相同的”色荷相吸。因此一个红色夸克和一个蓝色夸克能相互吸引。同样，红的和蓝的，或黄的和蓝的也是如此。第三个夸克仅当它的颜色不同于现有的每个夸克时，它才被吸引过来。因此一个红 - 黄 - 蓝的夸克团块能够形成，而且必定会形成的，因为仅有一对夸克不能单独存在，它总会吸引第三种颜色的夸克来形成三个一组。
这些三夸克系统能好好地存在着，正如质子和中子稳定地在原子核内存在一样。如果还有第四个夸克来到这三个一组的近旁，它必定被其中一种色荷，即相同的色荷所排斥。所以一旦三个夸克的团块形成之后，作用力会互相抵消。
但是在胶子和光子之间有细微的但影响深远的不同。光子本身不带电荷，所以不同光子在空间穿过时可以各走各道互不相扰。至于胶子就不同了，它带有色荷，当它们在空间穿过时会互相吸引。实际上，使胶子拉在一起的色力和使得夸克聚合成三个一组或一对夸克——反夸克的色力是相同的。实验已揭示出几百个夸克团块的实例，那么，胶子的团块——“胶子球”——是否也存在呢？如果存在，又如何去找到它们呢？
因为质子和介子都由夸克构成，如果将它们混合在一起打碎时，我们很有希望发现更多的夸克团块。五十年代和六十年代的实验大抵如此。结果是物理学家有了一个充满了奇形怪状的粒子的动物园。现在我们认为这些粒子都是夸克团块。要发现胶子球则必须期待更深奥的效应，或作实质上不同的实验才行。
七十年代物理学家改变方法，越来越注意那些以电子或反电子（正电子）作为炮弹的实验。正负电子不是由夸克构成，并且正负电子互相接触之后会湮灭。从这些高能量球中也许会产生早期的实验未能发觉的新粒子。这个希望已经实现了，并且超过了原先最乐观的期望。已经产生了以前所不知道的极大的粒子，例如psi（ψ）和upsilon（γ）。它们不是胶子球，值是理论家提出每个psi粒子衰变时差不多要产生一个胶子球。在它们衰变过程中所看到的几种新粒子，确实是胶子球的主要候选者。这些新粒子的名称是iota（ι）和theta（θ），质量大约是质子的一倍半。它们的产生过程与对于胶子球的预期相符合，质量也相当，但其衰变方式不同于我们对于胶子球的预测。如果有人说这两种粒子之一甚至两种都是胶子球，我不敢打赌反对，但我认为，如果有人公然宣称胶子球已经发现出来，那是够勇敢的。
似乎仅有一点大家是意见一致的，即要确定无误地辨识胶子球可能是一件很困难的事。怎样设计出最好的方法看到被色力束缚的胶子的载体呢？有一个新的观点，开始引起了大西洋两岸的物理学家的重视，即色引力也能在夸克和胶子之间起作用，并形成杂子（附二）。为了称呼这些“半夸克”-“半胶子球”，在欧洲是借用生物学名词“hermaphrodite”（“雌雄同体”），在美国是借用来自希腊的字“meikton”（意即“混合体”）。为了统一起见，理论家一致同意采用更认真的名字“hybrids”（“杂子”）来命名这类假定的粒子。现在的目标就是为它寻找实验上的证据。
附2吸引力不同之处
光子的“原子”不能出现，因为夸克不受电磁力的作用；但是W粒子的“原子”是可能有的，至少在理论上是可能的。由于相反的色荷相吸，所以一个红色夸克和一个红色反夸克能在一起形成一个束缚态一一一一个熟悉的介子，其中色荷被抵消了。但是关于色荷的规则还要更进一层：“不相同的色荷相吸”，所以一个红色夸克能被一个蓝色反夸克所吸引。正的童二色荷与负的蓝色荷不能互相抵消，但是这对粒子能吸引带色的胶子并使色力抵消。因此能够形成夸克——反夸克——胶予的团坱，就是一种杂合介子。这个杂子还没有原子形式的直接的类似物，这是因为光子是电中性的。为了说明这一点，假定带荷的光子存在（称为w-或w+）。则中性的“w球”（w-w+）或“杂合原子”（e-w+或w-p+）可能出现。w+和w-粒子的质量是质子的80倍，最接近于带荷的光子的类似物。所以非常短命而又巨大的粒子，也许就是胶子球和杂于的类似物，可能确实是存在的。
胶子球只能在特定的实验条件下产生，杂子则不同，它们可以在普通的高能物理实验中产生。有人认为，这些粒子都已在过去的实验中产生过了，只是没有被认出而已。由此可能我们还可能遇到新问题。
（New Scientist，1983年7月）