„Da unten ist jede Menge Platz.“ So erklärte der Physiker Richard Feynman 1959 und kündigte damit ein neues Gebiet der Nanophysik an: die Erforschung sehr kleiner Dinge.
Feynmans Zitat ist mir letzte Woche in Erinnerung geblieben, nachdem der Nobelpreis für Physik an drei Wissenschaftler verliehen wurde, die herausgefunden haben, wie man Laserlichtstöße erzeugt, die nur ein Millionstel einer Billionstelsekunde lang und schnell genug sind, um die Bewegungen des Laserlichts zu verfolgen . Elektronen in einer chemischen Reaktion.
Am nächsten Tag ging der Nobelpreis für Chemie an drei Wissenschaftler, die gelernt hatten, wie man Atome zu Quantenpunkten zusammenfügt, Klumpen, die so klein sind, dass sie als völlig dimensionslos gelten.
Die Auszeichnungen waren eine Erinnerung daran, wie abgekoppelt wir Menschen von der Größenordnung sind, in der sich die wichtigsten Prozesse in der Natur abspielen.
Ich habe einen Großteil meiner Karriere damit verbracht, über Dinge in größerem Maßstab zu schreiben, insbesondere über das Universum, wo die Zeit in Jahrhunderten und die Entfernung in Lichtjahren gemessen wird und wo jedes Lichtjahr 6 Billionen Meilen umfasst. Die Lebenszyklen von Sternen werden in Millionen oder Milliarden Jahren gemessen. Einigen Schätzungen zufolge könnten Schwarze Löcher 10 bis 100 Jahre lang existieren und unersättlich Energie verschlingen.
Allerdings werden Atome in Bruchteilen eines Nanometers gemessen, was etwa drei Millionstel Zoll entspricht. Laut meinem Kollegen Carl ZimmerIn meinem Körper gibt es eine Milliarde Milliarden Atome, gruppiert in etwa 37 Billionen Zellen, die die ganze Arbeit leisten, um mich am Leben und bei Bewusstsein zu halten.
Chemische Reaktionen werden in Totosekunden gemessen; Es ist sicher, aber riskant zu sagen, dass in jeder der 37 Billionen Zellen, die ich bin, jede Sekunde bis zu eine Million Billionen chemische Reaktionen ablaufen. Zu sagen: „Ich schließe Massen ein“ ist eine grobe Untertreibung.
Zahlen machen mich schwindelig und müde. Wie kann man so viel, was so schnell passiert, im Auge behalten, alles unterliegt der Quantenmechanik, den Hausregeln für sehr kleine Dinge, nach denen alles überall sein kann, bis man es misst?
Quantenunfälle passieren ständig. Warum bin ich nicht einfach im Quantenrausch verschwunden wie Schrödingers Katze, tot und lebendig zugleich? Ich kann nur zu dem Schluss kommen, dass die astrologischen Zahlen, aus denen wir bestehen, Sicherheit und Stabilität bieten. Vielleicht sind große Zahlen ein Bollwerk gegen quantitative Unsicherheit. Hier bin ich also – schätze ich.
Wir Menschen stecken ziemlich genau in der Mitte der kosmischen Skala fest – in einer durchschnittlichen Höhe, die einem Hundertstel eines Septillionstels (10^-24) der Größe des beobachtbaren Universums entspricht, und mit einer typischen Lebensdauer von einigen Oktillionen Attosekunden. Eine Attosekunde ist eine Ewigkeit im Vergleich zur Lebensdauer des schwer fassbaren Higgs-Bosons, eines subatomaren Teilchens, das eine Tausendstel Attosekunde existiert, bevor es zerfällt.
Laut Astrophysikern dauerte eines der dramatischsten und grundlegendsten Ereignisse im Universum, die so genannte Inflation, nur eine Hundertstelquiktosekunde (10^-32 Sekunden), nachdem die Zeit begonnen hatte, die Raumzeit und die damit verbundenen Teilchen und Kräfte zu formen bewohne es.
Wie Dr. Feynman betonte, gibt es noch kürzere Zeit- und Entfernungsskalen, bevor wir die endgültigen Grenzen der Quantenphysik erreichen: die Planck-Länge, 10^-33 Zentimeter, und die Planck-Zeit, 10^-43 Zentimeter pro Sekunde. Beide sind nach dem deutschen Physiker Max Planck benannt, dem der Durchbruch zur Quantenmechanik gelang.
Mit mehr Energie, Geld und Kreativität könnte die Wissenschaft ihre Reise durch den Weltraum bis zu diesen Grenzen fortsetzen, selbst wenn wir die Sterne erreichen. Die Welt unter und in unseren Fingernägeln kann genauso aufregend und aufregend sein wie das Spektakel, das sich jeden Abend über uns abspielt.
