A világegyetem legkisebb dolgára vonatkozó örök kérdésre adott válasz az emberiséggel együtt fejlődött. Az emberek egykor úgy gondolták, hogy a homokszemcsék az építőkövei annak, amit magunk körül látunk. Aztán felfedezték az atomot, és azt hitték, hogy oszthatatlan, amíg fel nem osztották, hogy felfedjék benne a protonokat, neutronokat és elektronokat. Ezek is alapvető részecskéknek tűntek, mígnem a tudósok felfedezték, hogy a protonok és a neutronok egyenként három kvarkból állnak.

“Ezúttal egyáltalán nem láttunk bizonyítékot arra, hogy a kvarkok belsejében bármi is lenne” – mondta Andy Parker fizikus. “Elértük az anyag legalapvetőbb rétegét?”

És még ha a kvarkok és az elektronok oszthatatlanok is, mondta Parker, a tudósok nem tudják, hogy ezek a létező anyag legkisebb darabjai-e, vagy az univerzum tartalmaz még ennél is apróbb objektumokat.

Parker, az angliai Cambridge-i Egyetem nagyenergiájú fizika professzora nemrégiben a brit BBC Two csatorna “Horizon: How Small is the Universe?”

Húrok vagy pontok?

A kísérletekben a kvarkokhoz és elektronokhoz hasonló pici, apró részecskék úgy tűnnek, mintha egyetlen, térbeli eloszlás nélküli anyagpontok lennének. A pontszerű objektumok azonban bonyolítják a fizika törvényeit. Mivel egy ponthoz végtelenül közel lehet kerülni, a rá ható erők végtelenül nagyok lehetnek, és a tudósok utálják a végtelenségeket.

A szuperhúrelmélet nevű elképzelés megoldhatja ezt a problémát. Az elmélet azt állítja, hogy minden részecske, ahelyett, hogy pontszerű lenne, valójában kis húrhurok. Semmi sem kerülhet végtelenül közel egy húrhurokhoz, mert az egyik részhez mindig valamivel közelebb lesz, mint a másikhoz. Úgy tűnik, hogy ez a “kiskapu” megoldja a végtelenséggel kapcsolatos problémák egy részét, ami vonzóvá teszi az ötletet a fizikusok számára. A tudósoknak azonban még mindig nincs kísérleti bizonyítékuk arra, hogy a húrelmélet helyes.

A pontprobléma megoldásának másik módja az, ha azt mondjuk, hogy maga a tér nem folytonos és sima, hanem valójában diszkrét pixelekből vagy szemcsékből áll, amelyeket néha téridőhabnak neveznek. Ebben az esetben két részecske nem tudna végtelenül közel kerülni egymáshoz, mert mindig egy térszemcse minimális mérete választaná el őket egymástól.

A szingularitás

A világegyetem legkisebb dolga cím másik várományosa a fekete lyuk középpontjában lévő szingularitás. Fekete lyukak akkor keletkeznek, amikor az anyag elég kis térben sűrűsödik össze, hogy a gravitáció átvegye az irányítást, és az anyagot egyre beljebb és beljebb húzza, végül egyetlen végtelen sűrűségű pontba sűrűsödik. Legalábbis a fizika jelenlegi törvényei szerint.

A legtöbb szakértő azonban nem hiszi, hogy a fekete lyukak valóban végtelenül sűrűek. Szerintük ez a végtelenség a két uralkodó elmélet – az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika – közötti eredendő konfliktus terméke, és amikor sikerül megfogalmazni a kvantumgravitáció elméletét, akkor derül fény a fekete lyukak valódi természetére.

“Szerintem eléggé kisebbek, mint egy kvark, de nem hiszem, hogy végtelen sűrűségűek” – mondta Parker a LiveScience-nek. “A legvalószínűbb, hogy talán egymillió milliószor vagy még ennél is kisebbek, mint az eddig látott távolságok.”

Ez azt jelentené, hogy a szingularitások nagyjából akkorák lennének, mint a szuperhúrok, ha léteznek.”

A Planck-hossz

A szuperhúrok, a szingularitások, sőt az univerzum szemcséi is mind kiderülhetnek, hogy körülbelül akkorák, mint a “Planck-hossz”.

A Planck-hossz 1,6 x 10^-35 méter (a 16-os számot 34 nulla és egy tizedespont előzi meg) – egy felfoghatatlanul kicsi skála, amely a fizika számos aspektusában szerepet játszik.

A Planck-hossz messze túl kicsi ahhoz, hogy bármilyen műszer megmérje, de ezen túlmenően úgy gondolják, hogy a legrövidebb mérhető hossz elméleti határát jelenti. A bizonytalansági elv szerint egyetlen műszer sem lenne képes ennél kisebbet mérni, mert ebben a tartományban a világegyetem valószínűségi és meghatározhatatlan.

Ezt a skálát tartják az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika közötti határvonalnak is.

“Ez felel meg annak a távolságnak, ahol a gravitációs mező olyan erős, hogy olyan dolgokat kezdhet el csinálni, mint például fekete lyukakat létrehozni a mező energiájából” – mondta Parker. “A Planck-hossznál várhatóan a kvantumgravitáció veszi át az irányítást.”

Talán az univerzum összes legkisebb dolga nagyjából a Planck-hossz méretének felel meg.

Kövesse Clara Moskowitzot a Twitteren @ClaraMoskowitz vagy a LiveScience @livescience. A Facebookon & Google+-on is megtalálhatóak vagyunk.