Reise zum Mittelpunkt der Materie

Von 1. November 2008 Aktualisiert: 1. November 2008 12:04
Gibt es ihn, den elementaren Baustein unseres Universums? Wenn ja, können wir ihn jemals finden? Oder bleibt uns nichts anderes übrig, als auf Überraschungen zu hoffen auf unserem Weg in die Unendlichkeit. Vielleicht finden wir kleine Menschen oder Teilchen mit ganz anderen Eigenschaften als die Materie, die wir jetzt kennen. „Alles, was wir in dieser Welt sehen, ist eine Illusion“, lautet ein alter Grundsatz aus dem Buddhismus.

Was ist es denn genau, aus dem unsere Welt aufgebaut ist? Die Wissenschaft sagt uns, dass das Atom einer der kleinsten Bausteine unseres Universums ist. Atome bestehen aus Elektronenschalen und einem Atomkern, der wiederum aus Protonen und Neutronen aufgebaut ist. Gehen wir eine Ebene tiefer, werden wir feststellen, dass Protonen und Neutronen wiederum aus extrem kleinen Teilchen, den Quarks, aufgebaut sind. Wenn wir noch tiefer gehen, nähern wir uns dem Neutrino an – eines der kleinsten Teilchen, die uns gegenwärtig bekannt sind.

Diese Teilchen sind unvorstellbar klein. So klein, dass manche Physiker meinen, sie hätten absolut keine Masse. Millionen von diesen Partikeln werden von der Sonne emittiert. Sie durchdringen unsere Körper, als würden wir gar nicht existieren – sie können problemlos durch die gewaltigen Räume durchfliegen, die zwischen den größeren Partikeln existieren, aus denen unsere Atome zusammengesetzt sind.

Wenn unsere mikroskopische Reise in Richtung noch kleinerer Teilchen weitergeht, so beginnen wir, ein seltsames Gebiet zu betreten. Es werden sich Fragen stellen, die sogar die Quantenphysiker durcheinander bringen.

Seitdem Demokrit vor zwei Jahrtausenden die Existenz von „Atomen“ oder „unsichtbaren Teilchen“ vorgeschlagen hat, hat die Menschheit immer weiter nach dem Ursprung der Materie geforscht. Im 20. Jahrhundert gelang es uns nicht nur, die innere Struktur der Atome zu entdecken, sondern es gelang uns sogar, die Atome in noch grundlegendere Teilchen zu spalten. Aber genauso wie einst die Protonen, Neutronen und Elektronen für die kleinsten Teilchen des Universums gehalten wurden, folgte dennoch die Entdeckung von zahlreichen noch kleineren Teilchen auf dem Weg abwärts. Wir befinden uns jedoch nur auf einen bestimmten Punkt. Es gibt bis zum heutigen Zeitpunkt keine Messinstrumente, die in der Lage wären, uns das wahre Aussehen dieser kleinsten, grundlegenden Bausteine zu zeigen. Also, wann wird diese Reise komplett sein?

Nach dem neuesten Verständnis in der Quantenphysik gibt es eine weitere Stufe von noch kleineren Teilchen: Die Superstringtheorie. Nach den „Stringtheoretikern“ sind die Teilchen wie die Neutrinos, die verschiedenen Typen von Quarks, Mesonen, Leptonen, Bosonen und eine Vielzahl weiterer, die der heutigen menschlichen Gesellschaft unbekannt sind, eine wahrnehmbare Manifestation von winzigen Strings, deren Größe unvorstellbar klein sein soll. Diese Stringtheorie postuliert, dass diese subatomaren String-Knäuel konstant vibrieren und dass sich verschiedene Formen der Vibration vor den Augen des Beobachters als verschiedene Arten von Teilchen manifestieren.

Bis zu diesem Punkt haben uns die Untersuchungen in die Welt des Kleinsten ein Bild vor Augen geführt, das für uns kaum mehr vorstellbar ist: Die grundlegenden Strings haben gemäß der Stringtheorie einen Durchmesser von schätzungsweise einem Millionstel von einem Billionstel von einem Billionstel eines Zentimeters. Hinsichtlich dieser Welt, in der wir uns jeden Tag bewegen, kann man mit Sicherheit sagen, dass diese Strings in unserem Raum kein Volumen einnehmen. Aber gerade diese Annahme, dass sie faktisch kein Volumen einnehmen, führt uns zu einem unglaublichen Paradoxon der Materie – sie existiert überhaupt nicht!

Zudem kommt noch das Wissen, dass der Großteil des Volumens eines Atoms aus Vakuum besteht. Um eine ungefähre Vorstellung zu erhalten – wenn wir ein Atom auf die Größe eines Fußballstadions (also etwa 200 Meter) vergrößern könnten, würde der Atomkern so groß wie ein Sandkorn erscheinen, selbst von der Zuschauertribüne aus bräuchte man ein Mikroskop, um ihm überhaupt erkennen zu können. Die Elektronen der Elektronenwolke – die so klein sind, dass sie praktisch nicht mehr wahrnehmbar sind – würden den Sandkorn-großen Atomkern in einem Abstand von einem Häuserblock (etwa 100 Meter) umkreisen. Die Dimension dieses Vakuums im Atom selbst ist für unseren Verstand noch unfassbarer. Ähnliche Maßstäbe und Leerräume finden sich auch im Makrokosmos. Denken wir nur an die Planeten, die um die Sonne als Fixstern kreisen und dabei an die riesigen Entfernungen der einzelnen Planeten zur Sonne.

Eine Substanz, die die Wissenschaft „dunkle Materie“ nennt, bleibt weiterhin ein Rätsel für die modernen Astrophysiker. Sie soll mehr als 90 Prozent unseres Universums ausmachen, und obwohl sie die Wissenschaftler nicht sehen können, konnte ihre Wirkung durch die Gravitation auf andere Planeten beobachtet werden.

Den ganzen Weg entlang nur lauter Schildkröten

In seinem Buch Broca’s Brain: Reflections on the Romance of Science. beschrieb der bekannte amerikanische Astronom Carl Sagan die Natur des Universums anhand einer umstrittenen Erzählung. Ein westlicher Reisender stellt Fragen an einem östlichen Philosoph. Als er gefragt wurde, die Natur der Welt zu beschreiben, erklärt der Philosoph, die Welt wäre wie ein großer Ballon, der auf dem Rücken einer Schildkröte ruht. Als der Reisende fragt, auf was die Schildkröte ruht, sagt der Philosoph, dass sich unter der Schildkröte eine andere Schildkröte befinde. Der Reisende drängte weiter darauf, was darunter liegt, aber der Philosoph bestand darauf, dass es da nichts gibt außer weiteren Schildkröten. Sagan hat hier eine kosmologische Theorie verbildlicht, die den Astrophysikern als Theorie der unendlichen Regression bekannt ist. Laut dieser Theorie gibt es keine letzte Ebene von Materie, weder in Richtung des Kleinsten im Mikrokosmos, noch in Richtung des Größten im Makrokosmos – die Reihe an Teilchen geht einfach unendlich weiter mit immer kleineren Teilchen.

Nehmen wir einmal an, wir könnten uns so weit verkleinern, dass uns die Atome und Elektronen so groß vorkommen, wie jetzt die Sonne und die Sterne von der Erde aus. Aus dieser Perspektive gesehen würden wir uns dann in einer entsprechend kleineren Welt befinden – mit Bergen, Flüssen und Lebewesen. Aus der Perspektive der Erde ist die Welt der Atome unvorstellbar klein. Von der Welt der Atome aus gesehen wären jedoch jene Berge, Flüsse und Kontinente ziemlich groß und unsere Erde unvorstellbar groß. Wären dann nicht die kleinsten Teilchen dieses „winzigen“ Universums die Manifestation eines noch um eine Ebene kleineren Universums, wenn man sich weiter verkleinerte?

Diese unfassbaren Vorstellungen entziehen sich dem Auffassungsvermögen der modernen Wissenschaft, nicht jedoch der Antike. Buddha sagte einmal, dass sich in einem Sandkorn dreitausend große Welten befinden. Und in jeder dieser dreitausend Welten gibt es Sandkörner, die wiederum Welten enthalten. In der alten chinesischen Philosophie findet man ähnliche Anschauungen. Aber bedeutet das das Ende unserer Reise? Werden wir nichts außer immer nur weiteren Schildkröten finden?

Den Originalartikel auf spanisch finden Sie hier:

http://www.lagranepoca.com/articles/2007/04/02/340.html

Englische Übersetzung:

http://en.epochtimes.com/n2/science-technology/vintini-science-frontiers-journey-center-matter-1048.html

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