原子的核心
原子核由質子與中子——即核子——組成，擠成一個約比原子小十萬倍的小球，卻幾乎握有原子的全部質量。同一元素、中子數不同的原子互為同位素。抵抗質子間猛烈電斥力、把它束在一起的，是強核力：極其強大，但作用範圍僅約原子核本身的大小。
這裡有個奇特而關鍵的事實：一個原子核的重量小於它的質子與中子分開時相加的總和。這缺失的質量，即質量虧損，已依愛因斯坦的質能等效轉化為把原子核束在一起的束縛能。
束縛能等於質量虧損乘以光速平方。
以氦-4 為例，分開的核子約重 4.032 u，原子核卻只約 4.0015 u。約 0.030 u 的虧損乘上換算 1\ \text{u} = 931.5 MeV，得到約 28 MeV 的束縛能——約每核子 7 MeV，是化學中束縛電子那區區數 eV 的數百萬倍。這正是核能遠遠壓過化學能的原因。
放射性與半衰期
許多原子核並不穩定，會自發衰變，這現象稱為放射性。有三種經典模式：阿伐衰變吐出一個氦原子核；貝他衰變把中子變成質子（或反之），放出一個電子或正子；伽瑪衰變則在原子核落到較低狀態時放出一個高能光子。
任何單一原子核的衰變都是真正隨機的——你無法預測哪一個會衰變、何時衰變。然而在無數個原子核之下，這種隨機性平均出一條精確的定律。半衰期 T_{1/2} 是樣本中一半衰變所需的時間；每過一個半衰期，剩下的無論多少都會再去掉一半。
指數衰變：每過一個半衰期，剩下的數目就減半。
同一定律，以衰變常數 λ 表示，即每個原子核每單位時間的衰變機率。
範例：放射性碳定年。活著的生物含有固定比例的碳-14，其 T_{1/2} = 5730 年。一件木製文物量得的含量為活體水準的八分之一。它有多老？
- 把比例寫成折半次數：\tfrac{1}{8} = \left(\tfrac{1}{2}\right)^{3}，因此已過了 3 個半衰期。
- 乘上半衰期：年齡 = 3 \times 5730 = 17190 年。
由質量而來的能量——核分裂與核融合
把每核子束縛能對原子核大小作圖，會得到一條先陡升、在鐵附近達到頂點、再緩降的曲線。鐵位於能量谷的谷底——束縛得最緊。任何原子核只要朝這個頂點移動，就能釋出能量。
核分裂與核融合都把少量質量轉為大量能量。
核分裂把鈾-235 這類重原子核分裂為兩塊中等大小的碎片加上幾個中子，朝鐵峰攀升並釋出約 200 MeV。這些中子可觸發更多的分裂——連鎖反應——它驅動反應爐，而若不受控則驅動武器。
核融合則相反，把輕原子核結合——氫融成氦——這同樣朝頂點攀升，且每核子產生更多能量。核融合驅動太陽與眾星，把燃料質量的約 0.7% 轉為陽光，也是地球上實驗性融合反應爐的目標。
更大的圖像，以及下一步
退一步，看看我們所做的下降：日常物質，到原子，到原子核，再到其中的核子。這道階梯並未就此停下。質子與中子本身由夸克構成，編錄於標準模型之中；而每個粒子都有一個鏡像的反物質夥伴——某種貝他衰變放出的正子，就是電子的反粒子。連質量的起源，也在希格斯玻色子中有其量子根源。
而快與大也在召喚。驅動眾星的 E=mc^2，正是直接出自狹義相對論，在那裡，空間與時間本身會彎折，以維持光速不變。本軌道中的一切——光的量子、物質波、能階、質量化能量——都是一道門。
本軌道是入口匝道：足夠的物理圖像，讓你知道量子、原子與核世界在做什麼，以及古典物理為何辦不到。若要走得更遠——波函數與薛丁格方程式、完整的粒子動物園、彎曲時空、恆星與反應爐的質能帳目——量子力學、粒子物理與相對論等專門領域會把每一條線索繼續帶下去。你如今已握有地圖；更深的道路已然敞開。