Du bist alt und klein, sagt die Physik

Sind wir Menschen eigentlich klein oder groß? Das ist eine Frage, die mich schon als Kind beschäftigt hat. Wir sind deutlich größer als ein Marienkäfer, aber doch wesentlich kleiner als ein Höhlenbär. In der Wissenschaft hat man es dann noch mit ganz anderen Größenordnungen zu tun, mit Mikrometern und Nanometern, wenn wir Bakterien, Moleküle oder Elementarteilchen beschreiben, mit Terametern oder Lichtjahren, wenn es um Planeten, Sterne oder Galaxien geht. Doch wer kann sich darunter schon wirklich etwas vorstellen?

Am besten bekommt man ein Gefühl für Größenordnungen, wenn man sich in überschaubaren Tausenderschritten voran bewegt. Ein Faktor tausend ist für uns gedanklich noch fassbar.

Wir selbst sind ungefähr einen Meter groß. (Oder meinentwegen auch zwei, das ist größenordnungsmäßig dasselbe.) Tausendmal kleiner als wir sind Mücken oder Ameisen – im Bereich von Millimetern. Ein weiterer Tausenderschritt bringt uns zu Mikrometern (einem Millionstel eines Meters), das ist die Größenordnung von Bakterien. Und wenn wir uns von dort noch einen Tausenderschritt nach unten wagen, kommen wir bei Nanometern an, bei Milliardsteln eines Meters.

Dort haben wir bereits die Größenordnung von Molekülen erreicht. Atome sind noch ein bisschen kleiner, ein weiterer Tausenderschritt bringt uns dann in die Nähe von Protonen und Neutronen, und unterhalb dieser Skala findet man (zumindest aus heutiger Sicht) nichts besonders Spannendes mehr. Mit drei bis vier Tausenderschritten kommen wir vom Menschen zu den kleinsten Bausteinen des Universums.

Wie ist das, wenn wir uns mit größeren Dingen vergleichen? Tausendmal größer als wir – im Kilometerbereich – ist ein Berg. Ein weiterer Faktor tausend bringt uns bereits zur Größe kleiner Planeten. Mit dem nächsten Schritt haben wir den Durchmesser der Sonne erreicht, und Schritt Nummer vier führt uns in die Größenordnung eines ganzen Sonnensystems. Doch hier geht es mit den astronomischen Maßstäben überhaupt erst so richtig los.

Unser Sonnensystem ist nämlich im Grunde eine lächerliche Winzigkeit. Tausenderschritt Nummer fünf bringt uns noch nicht einmal zum nächstgelegenen Stern, erst bei Schritt Nummer sieben sind wir bei Galaxien, es folgen große Galaxiencluster, und beim neunten Tausenderschritt schließlich haben wir die Größenordnung des Universums erreicht. Wir brauchen also nach oben, zu den astronomischen Abständen, deutlich mehr Schritte als nach unten, in die Welt der Quantenteilchen. So betrachtet könnte man also sagen: Wir Menschen sind ziemlich klein. Wir sind den kleinstmöglichen Dingen näher als den größtmöglichen.

Sind wir alt?

Dasselbe Spiel können wir nun auch mit Zeitskalen spielen. Eine Sekunde erscheint uns ziemlich kurz, gehen wir drei Tausenderschritte nach oben, sind wir bei einer Milliarde Sekunden, das sind knapp 32 Jahre. Von Sekunden bis zu Jahrzehnten – das ist der Bereich, mit dem wir gut umgehen können.

Doch sehen wir uns mal kleinere Zeitskalen an. Unterhalb einer Sekunde gibt es noch einiges zu entdecken: Mit einer Genauigkeit von Tausendstelsekunden wird bei Sportveranstaltungen gemessen. Mit den nächsten zwei bis drei Tausenderschritten durchqueren wir den Bereich, in dem ultraschnelle Prozesse in Mikroprozessoren ablaufen. Bei Schritt fünf erreichen wir eine Femtosekunde – Laserpulse dieser Länge lassen sich heute herstellen, um damit Quantenphänomene in Atomen und Molekülen zu untersuchen.

Wenn wir nun aber von einer Gigasekunde, also ungefähr 32 Jahren, weiter nach oben gehen, dann kommen wir nicht mehr besonders weit: Schon der erste Tausenderschritt von Gigasekunden zu Terasekunden (32.000 Jahre) sprengt die Grenzen der aufgezeichneten Geschichte. Der nächste Schritt bringt uns auf eine evolutionäre Zeitskala von vielen Millionen Jahren, auf der man das Aussterben der Dinosaurier und die Entwicklung moderner Säugetiere betrachten kann. Und einen dritten Tausenderschritt nach oben können wir gar nicht machen, denn da haben wir bereits das Alter des Universums überschritten – 13,7 Milliarden Jahre.

Klein aber stabil

Wir haben das Gefühl, viel zu vergänglich zu sein und jeder würde gerne länger leben, doch physikalisch betrachtet gehören wir eigentlich zu den ziemlich stabilen Strukturen im Universum. Unsere Lebenserwartung liegt größenordnungsmäßig gar nicht so weit weg von der Brenndauer eines Sterns, der Entwicklungsgeschichte einer Galaxie oder dem Alter des Universums. Die Dauer von chemischen Reaktionen oder Quantenvorgängen im Atom ist viel weiter von uns entfernt.

Wir Menschen sind recht klein, werden aber ziemlich alt. Wir werden niemals einen nennenswerten Teil des Universums bereisen, aber dafür haben wir viel Zeit, um über das Universum nachzudenken. Und das ist doch gar nicht übel.

Florian Aigner ist Physiker und Wissenschaftserklärer. Er beschäftigt sich nicht nur mit spannenden Themen der Naturwissenschaft, sondern oft auch mit Esoterik und Aberglauben, die sich so gerne als Wissenschaft tarnen. Über Wissenschaft, Blödsinn und den Unterschied zwischen diesen beiden Bereichen schreibt er jeden zweiten Dienstag in der futurezone.