Die Antwort auf die ewige Frage nach dem kleinsten Ding im Universum hat sich mit der Menschheit weiterentwickelt. Früher dachte man, Sandkörner seien die Bausteine dessen, was wir um uns herum sehen. Dann wurde das Atom entdeckt, und man hielt es für unteilbar, bis es gespalten wurde und Protonen, Neutronen und Elektronen zum Vorschein kamen. Auch diese schienen fundamentale Teilchen zu sein, bevor die Wissenschaftler entdeckten, dass Protonen und Neutronen aus jeweils drei Quarks bestehen.

„Diesmal konnten wir überhaupt keine Beweise dafür finden, dass sich im Inneren der Quarks etwas befindet“, sagte der Physiker Andy Parker. „

Und selbst wenn Quarks und Elektronen unteilbar sind, so Parker, wissen die Wissenschaftler nicht, ob sie die kleinsten Teile der Materie sind, die es gibt, oder ob das Universum Objekte enthält, die noch winziger sind.

Parker, Professor für Hochenergiephysik an der englischen Universität Cambridge, war kürzlich Gastgeber einer Fernsehsondersendung des britischen Senders BBC Two mit dem Titel „Horizon: How Small is the Universe?“

Fäden oder Punkte?

In Experimenten scheinen sich winzig kleine Teilchen wie Quarks und Elektronen wie einzelne Materiepunkte ohne räumliche Verteilung zu verhalten. Aber punktförmige Objekte verkomplizieren die Gesetze der Physik. Da man einem Punkt unendlich nahe kommen kann, können die auf ihn wirkenden Kräfte unendlich groß werden, und Wissenschaftler hassen Unendlichkeiten.

Eine Idee namens Superstringtheorie könnte dieses Problem lösen. Die Theorie besagt, dass alle Teilchen nicht punktförmig sind, sondern kleine Schleifen aus Strings. Nichts kann unendlich nahe an eine String-Schleife herankommen, weil es immer etwas näher an einem Teil als an einem anderen sein wird. Dieses „Schlupfloch“ scheint einige dieser Probleme der Unendlichkeit zu lösen, was die Idee für Physiker interessant macht. Dennoch haben die Wissenschaftler immer noch keine experimentellen Beweise für die Richtigkeit der Stringtheorie.

Eine andere Möglichkeit, das Punktproblem zu lösen, besteht darin, zu sagen, dass der Raum selbst nicht kontinuierlich und glatt ist, sondern tatsächlich aus diskreten Pixeln oder Körnern besteht, die manchmal als Raum-Zeit-Schaum bezeichnet werden. In diesem Fall könnten sich zwei Teilchen nicht unendlich nahe kommen, weil sie immer durch die Mindestgröße eines Raumkorns getrennt sein müssten.

Eine Singularität

Ein weiterer Anwärter auf den Titel des kleinsten Dinges im Universum ist die Singularität im Zentrum eines Schwarzen Lochs. Schwarze Löcher entstehen, wenn sich die Materie auf so engem Raum verdichtet, dass die Schwerkraft überhand nimmt und die Materie immer weiter nach innen zieht, bis sie schließlich zu einem einzigen Punkt von unendlicher Dichte verdichtet ist. Zumindest nach den derzeitigen Gesetzen der Physik.

Die meisten Experten glauben jedoch nicht, dass schwarze Löcher wirklich unendlich dicht sind. Sie glauben, dass diese Unendlichkeit das Ergebnis eines inhärenten Konflikts zwischen zwei herrschenden Theorien ist – der allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantenmechanik – und dass, wenn eine Theorie der Quantengravitation formuliert werden kann, die wahre Natur der schwarzen Löcher enthüllt werden wird.

„Meine Vermutung ist, dass sie um einiges kleiner als ein Quark sind, aber ich glaube nicht, dass sie eine unendliche Dichte haben“, sagte Parker gegenüber LiveScience. „

Damit wären Singularitäten ungefähr so groß wie Superstrings, wenn es sie denn gibt.

Die Planck-Länge

Superstrings, Singularitäten und sogar Körner des Universums könnten sich alle als ungefähr so groß wie die „Planck-Länge“ herausstellen.

Eine Planck-Länge ist 1,6 x 10^-35 Meter (die Zahl 16 mit 34 vorangestellten Nullen und einem Dezimalpunkt) – eine unfassbar kleine Größe, die in verschiedenen Aspekten der Physik eine Rolle spielt.

Die Planck-Länge ist bei weitem zu klein, um von einem Instrument gemessen zu werden, aber darüber hinaus gilt sie als theoretische Grenze der kürzesten messbaren Länge. Nach der Unschärferelation sollte kein Instrument jemals in der Lage sein, etwas Kleineres zu messen, weil das Universum in diesem Bereich probabilistisch und unbestimmt ist.

Diese Skala gilt auch als Grenzlinie zwischen der allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantenmechanik.

„Sie entspricht der Entfernung, in der das Gravitationsfeld so stark ist, dass es anfängt, Dinge zu tun, wie schwarze Löcher aus der Energie des Feldes zu machen“, sagte Parker. „Bei der Planck-Länge erwarten wir, dass die Quantengravitation die Oberhand gewinnt.“

Vielleicht sind alle kleinsten Dinge des Universums ungefähr so groß wie die Planck-Länge.

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