Răspunsul la întrebarea eternă despre cel mai mic lucru din univers a evoluat odată cu umanitatea. Cândva, oamenii credeau că grăunțele de nisip erau elementele constitutive a ceea ce vedem în jurul nostru. Apoi a fost descoperit atomul, despre care se credea că este indivizibil, până când a fost divizat pentru a dezvălui protonii, neutronii și electronii din interior. Și aceștia păreau a fi particule fundamentale, înainte ca oamenii de știință să descopere că protonii și neutronii sunt compuși din trei quarci fiecare.

„De data aceasta nu am reușit să vedem nicio dovadă că există ceva în interiorul quarcilor”, a declarat fizicianul Andy Parker. „Am ajuns oare la cel mai fundamental strat al materiei?”

Și chiar dacă quarcii și electronii sunt indivizibili, a spus Parker, oamenii de știință nu știu dacă acestea sunt cele mai mici bucăți de materie existente sau dacă universul conține obiecte și mai minuscule.

Parker, profesor de fizică a energiilor înalte la Universitatea Cambridge din Anglia, a fost recent gazda unei emisiuni speciale de televiziune de pe canalul BBC Two din Marea Britanie, intitulată „Horizon: How Small is the Universe?”

Circuite sau puncte?

În experimente, particule minuscule, minuscule, cum ar fi quarcii și electronii, par să se comporte ca niște puncte unice de materie fără distribuție spațială. Dar obiectele de tip punct complică legile fizicii. Deoarece vă puteți apropia la infinit de un punct, forțele care acționează asupra acestuia pot deveni infinit de mari, iar oamenii de știință urăsc infiniturile.

O idee numită teoria superstringilor ar putea rezolva această problemă. Teoria postulează că toate particulele, în loc să fie punctiforme, sunt de fapt mici bucle de corzi. Nimic nu se poate apropia la infinit de o buclă de coardă, deoarece va fi întotdeauna puțin mai aproape de o parte decât de alta. Această „portiță” pare să rezolve unele dintre aceste probleme legate de infinit, ceea ce face ca această idee să fie atractivă pentru fizicieni. Cu toate acestea, oamenii de știință nu au încă nicio dovadă experimentală că teoria corzilor este corectă.

O altă modalitate de a rezolva problema punctelor este de a spune că spațiul în sine nu este continuu și neted, ci este de fapt alcătuit din pixeli discreți, sau granule, denumite uneori spumă spațiu-timp. În acest caz, două particule nu ar putea să se apropie la infinit una de cealaltă, deoarece ar trebui să fie întotdeauna separate de dimensiunea minimă a unui grăunte de spațiu.

O singularitate

Un alt concurent pentru titlul de cel mai mic lucru din univers este singularitatea din centrul unei găuri negre. Găurile negre se formează atunci când materia este condensată într-un spațiu suficient de mic pentru ca gravitația să preia controlul, determinând materia să se tragă tot mai mult spre interior, condensându-se în cele din urmă într-un singur punct de densitate infinită. Cel puțin, conform legilor actuale ale fizicii.

Dar majoritatea experților nu cred că găurile negre sunt cu adevărat infinit de dense. Ei cred că acest infinit este produsul unui conflict inerent între două teorii domnești – relativitatea generală și mecanica cuantică – și că atunci când va putea fi formulată o teorie a gravitației cuantice, adevărata natură a găurilor negre va fi dezvăluită.

„Părerea mea este că sunt destul de mult mai mici decât un quarc, dar nu cred că au o densitate infinită”, a declarat Parker pentru LiveScience. „Cel mai probabil, ele sunt poate de un milion de milioane de ori sau chiar mai mult decât atât mai mici decât distanțele pe care le-am văzut până acum.”

Aceasta ar face ca singularitățile să fie aproximativ de mărimea supercorzilor, dacă acestea există.

Lungimea Planck

Supercorzile, singularitățile și chiar granulele universului s-ar putea dovedi a fi toate de mărimea „lungimii Planck”.

O lungime Planck este de 1,6 x 10^-35 metri (numărul 16 precedat de 34 de zerouri și o virgulă) – o scară incomprehensibil de mică, care este implicată în diverse aspecte ale fizicii.

Lungimea Planck este de departe prea mică pentru a fi măsurată de orice instrument, dar, dincolo de aceasta, se crede că reprezintă limita teoretică a celei mai scurte lungimi măsurabile. Conform principiului incertitudinii, niciun instrument nu ar trebui să fie vreodată capabil să măsoare ceva mai mic, deoarece la acea distanță, universul este probabilist și nedeterminat.

Această scală este, de asemenea, considerată a fi linia de demarcație dintre relativitatea generală și mecanica cuantică.

„Ea corespunde distanței la care câmpul gravitațional este atât de puternic încât poate începe să facă lucruri precum crearea de găuri negre din energia câmpului”, a spus Parker. „La lungimea Planck ne așteptăm ca gravitația cuantică să preia controlul.”

Poate că toate cele mai mici lucruri din univers sunt aproximativ de dimensiunea lungimii Planck.

Să o urmăriți pe Clara Moskowitz pe Twitter @ClaraMoskowitz sau pe LiveScience @livescience. Suntem, de asemenea, pe Facebook & Google+.

.