Odpověď na věčnou otázku, co je nejmenší věc ve vesmíru, se vyvíjela spolu s lidstvem. Kdysi si lidé mysleli, že zrnka písku jsou stavebními kameny toho, co vidíme kolem sebe. Pak byl objeven atom, který byl považován za nedělitelný, dokud se nerozdělil a neodhalil uvnitř protony, neutrony a elektrony. I ty se zdály být základními částicemi, než vědci zjistili, že protony a neutrony se skládají každý ze tří kvarků.

„Tentokrát jsme nebyli schopni vidět vůbec žádný důkaz, že uvnitř kvarků něco je,“ řekl fyzik Andy Parker. „Dosáhli jsme snad nejzákladnější vrstvy hmoty?“

A i když jsou kvarky a elektrony nedělitelné, Parker řekl, že vědci nevědí, zda jsou to nejmenší kousky hmoty, které existují, nebo zda vesmír obsahuje objekty, které jsou ještě nepatrnější.

Parker, profesor fyziky vysokých energií na anglické Cambridgeské univerzitě, byl nedávno hostem televizního speciálu na britské stanici BBC Two s názvem „Horizon: How Small is the Universe?“

Struny nebo body?

Při experimentech se zdá, že maličké částice jako kvarky a elektrony se chovají jako jednotlivé body hmoty bez prostorového rozložení. Bodové objekty však komplikují fyzikální zákony. Protože se k bodu můžeme přiblížit nekonečně blízko, síly, které na něj působí, mohou být nekonečně velké a vědci nekonečno nesnášejí.

Tento problém by mohla vyřešit myšlenka zvaná teorie superstrun. Tato teorie předpokládá, že všechny částice, místo aby byly bodové, jsou ve skutečnosti malé smyčky strun. Ke smyčce struny se nic nemůže nekonečně přiblížit, protože k jedné její části bude vždy o něco blíže než k jiné. Zdá se, že tato „klička“ řeší některé z těchto problémů nekonečnosti, čímž se tato myšlenka stává pro fyziky přitažlivou. Přesto vědci stále nemají žádný experimentální důkaz, že teorie strun je správná.

Jiným způsobem řešení problému bodu je tvrzení, že prostor sám o sobě není spojitý a hladký, ale ve skutečnosti se skládá z diskrétních pixelů neboli zrnek, někdy označovaných jako časoprostorová pěna. V takovém případě by se dvě částice nemohly k sobě nekonečně přiblížit, protože by je vždy musela dělit minimální velikost zrnka prostoru.

Singularita

Dalším uchazečem o titul nejmenší věci ve vesmíru je singularita v centru černé díry. Černé díry vznikají, když se hmota zkondenzuje v dostatečně malém prostoru, aby převládla gravitace, která způsobí, že se hmota stahuje dovnitř a dovnitř a nakonec se zkondenzuje do jediného bodu nekonečné hustoty. Alespoň podle současných fyzikálních zákonů.

Většina odborníků si však nemyslí, že černé díry jsou skutečně nekonečně husté. Domnívají se, že tato nekonečnost je výsledkem vnitřního rozporu mezi dvěma vládnoucími teoriemi – obecnou teorií relativity a kvantovou mechanikou – a že až se podaří formulovat teorii kvantové gravitace, bude odhalena skutečná povaha černých děr.

„Můj odhad je, že jsou o dost menší než kvark, ale nevěřím, že mají nekonečnou hustotu,“ řekl Parker pro LiveScience. „S největší pravděpodobností jsou možná milionkrát nebo i vícekrát menší než vzdálenosti, které jsme dosud pozorovali.“

To by znamenalo, že singularity jsou zhruba stejně velké jako superstruny, pokud existují.

Planckova délka

Superstruny, singularity, a dokonce i zrnka vesmíru by se mohly ukázat jako přibližně stejně velké jako „Planckova délka“.

Planckova délka je 1,6 x 10^-35 metrů (číslo 16, před kterým je 34 nul a desetinná čárka) – nepochopitelně malé měřítko, které je zapojeno do různých aspektů fyziky.

Planckova délka je zdaleka a zdaleka příliš malá na to, aby ji mohl změřit jakýkoli přístroj, ale kromě toho se předpokládá, že představuje teoretickou hranici nejkratší měřitelné délky. Podle principu neurčitosti by žádný přístroj neměl být schopen změřit cokoli menšího, protože v tomto rozsahu je vesmír pravděpodobný a neurčitý.

Tato škála je také považována za demarkační linii mezi obecnou relativitou a kvantovou mechanikou.

„Odpovídá vzdálenosti, kdy je gravitační pole tak silné, že může začít dělat takové věci, jako je vytváření černých děr z energie pole,“ řekl Parker. „Na Planckově délce očekáváme, že kvantová gravitace převezme vládu.“

Možná všechny nejmenší věci ve vesmíru mají zhruba velikost Planckovy délky.

Sledujte Claru Moskowitz na Twitteru @ClaraMoskowitz nebo na LiveScience @livescience. Jsme také na Facebooku & Google+.