Het antwoord op de eeuwige vraag wat het kleinste ding in het heelal is, heeft zich samen met de mensheid ontwikkeld. Ooit dacht men dat zandkorrels de bouwstenen waren van wat we om ons heen zien. Toen werd het atoom ontdekt, en men dacht dat het ondeelbaar was, totdat het werd gesplitst om protonen, neutronen en elektronen binnenin te onthullen. Ook dit leken fundamentele deeltjes, voordat wetenschappers ontdekten dat protonen en neutronen elk uit drie quarks bestaan.
“Deze keer hebben we geen enkel bewijs kunnen zien dat er iets in quarks zit,” zei natuurkundige Andy Parker. “
En zelfs als quarks en elektronen ondeelbaar zijn, zei Parker, weten wetenschappers niet of zij de kleinste stukjes materie zijn die er bestaan, of dat het heelal objecten bevat die nog veel kleiner zijn.
Parker, hoogleraar in de hoge-energiefysica aan de Engelse universiteit van Cambridge, was onlangs gastheer van een televisiespecial op BBC Two: “Horizon: How Small is the Universe?”
Strings or points?
In experimenten lijken piepkleine deeltjes als quarks en elektronen zich te gedragen als afzonderlijke punten van materie zonder ruimtelijke verdeling. Maar puntvormige objecten compliceren de wetten van de fysica. Omdat je oneindig dicht bij een punt kunt komen, kunnen de krachten die erop werken oneindig groot worden, en wetenschappers hebben een hekel aan oneindigheden.
Een idee dat superstringtheorie heet, zou dit probleem kunnen oplossen. Volgens deze theorie zijn alle deeltjes, in plaats van puntvormige deeltjes, eigenlijk kleine lussen van koorden. Niets kan oneindig dicht bij een lus van een snaar komen, omdat het altijd iets dichter bij het ene deel zal zijn dan bij het andere. Deze “maas in de wet” lijkt een aantal van deze oneindigheidsproblemen op te lossen, waardoor het idee aantrekkelijk wordt voor natuurkundigen. Toch hebben wetenschappers nog steeds geen experimenteel bewijs dat de snaartheorie klopt.
Een andere manier om het puntenprobleem op te lossen is door te stellen dat de ruimte zelf niet continu en glad is, maar eigenlijk bestaat uit discrete pixels, of korrels, die ook wel ruimtetijdschuim worden genoemd. In dat geval zouden twee deeltjes niet oneindig dicht bij elkaar kunnen komen, omdat ze altijd gescheiden moeten worden door de minimale grootte van een ruimtekorrel.
Een singulariteit
Een andere kanshebber voor de titel van kleinste ding in het heelal is de singulariteit in het centrum van een zwart gat. Zwarte gaten worden gevormd wanneer materie wordt gecondenseerd in een ruimte die zo klein is dat de zwaartekracht het overneemt, waardoor de materie naar binnen en naar binnen wordt getrokken en uiteindelijk condenseert tot een enkel punt van oneindige dichtheid.
Maar de meeste deskundigen denken niet dat zwarte gaten werkelijk oneindig dicht zijn. Zij denken dat deze oneindigheid het gevolg is van een inherent conflict tussen twee heersende theorieën – de algemene relativiteit en de kwantummechanica – en dat wanneer een theorie van de kwantumzwaartekracht kan worden geformuleerd, de ware aard van zwarte gaten zal worden onthuld.
“Mijn gok is dat ze een heel stuk kleiner zijn dan een quark, maar ik geloof niet dat ze een oneindige dichtheid hebben,” vertelde Parker aan LiveScience. “Waarschijnlijk zijn ze een miljoen keer of zelfs meer kleiner dan de afstanden die we tot nu toe hebben gezien.”
Dat zou betekenen dat singulariteiten ongeveer even groot zijn als superstrings, als ze bestaan.
De Planck-lengte
Superstrings, singulariteiten en zelfs korrels van het heelal zouden allemaal ongeveer even groot kunnen blijken te zijn als de “Planck-lengte”.
Een Planck-lengte is 1,6 x 10^-35 meter (het getal 16 voorafgegaan door 34 nullen en een decimaalteken) – een onbegrijpelijk kleine schaal die in verschillende aspecten van de natuurkunde een rol speelt.
De Planck-lengte is veel en veel te klein voor welk instrument dan ook om te meten, maar daarbuiten wordt gedacht dat het de theoretische grens van de kortste meetbare lengte vertegenwoordigt. Volgens het onzekerheidsprincipe zou geen enkel instrument ooit in staat moeten zijn om iets kleiners te meten, omdat op die afstand het heelal waarschijnlijk en onbepaald is.
Deze schaal wordt ook gezien als de scheidslijn tussen algemene relativiteit en kwantummechanica.
“Het komt overeen met de afstand waarop het zwaartekrachtsveld zo sterk is dat het dingen kan gaan doen zoals zwarte gaten maken uit de energie van het veld,” zei Parker. “Bij de Planck-lengte verwachten we dat de kwantumzwaartekracht het overneemt.”
Misschien zijn alle kleinste dingen van het heelal ongeveer zo groot als de Planck-lengte.
Dit verhaal werd verstrekt door LiveScience, zustersite van SPACE.com. Volg Clara Moskowitz op Twitter @ClaraMoskowitz of LiveScience @livescience. We zijn ook te vinden op Facebook & Google+.
Recent nieuws