Feinstrukturkonstante

Die Feinstrukturkonstante, meist mit dem griechischen Buchstaben Alpha bezeichnet, wurde 1916 von Arnold Sommerfeld eingeführt. Er stieß auf sie, als er die feine Aufspaltung der Spektrallinien des Wasserstoffatoms erklärte, daher der Name. Was sie so besonders macht, ist ihre Dimensionslosigkeit. Sie ist keine Größe, die in Metern, Sekunden oder Kilogramm gemessen wird und deren Zahlenwert vom gewählten Einheitensystem abhängt. Alpha ist eine reine Zahl, die in jedem Universum mit denselben Naturgesetzen dieselbe wäre. Sie setzt sich aus der elektrischen Elementarladung, dem Planckschen Wirkungsquantum und der Lichtgeschwindigkeit zusammen und beträgt etwa eins durch 137,036.

Genau diese Nähe zur runden Zahl 137 hat Generationen von Physikern fasziniert und manche geradezu in den Wahnsinn getrieben. Der Astrophysiker Arthur Eddington war überzeugt, dass sich der Wert aus ganzzahligen Überlegungen herleiten lasse. Spätere, immer genauere Messungen zeigten jedoch, dass Alpha eben nicht der Kehrwert einer ganzen Zahl ist, sondern eine krumme, scheinbar willkürliche Zahl. Bis heute kann niemand erklären, warum sie ausgerechnet diesen Wert hat. Sie folgt aus keiner tieferen Theorie, sie ist einfach so, wie sie gemessen wird. Der Physiker Richard Feynman nannte sie eines der größten verdammten Geheimnisse der Physik, eine Zahl, die direkt von der Hand Gottes geschrieben scheint, ohne dass wir die Schrift verstehen.

Alpha bestimmt die Stärke aller elektromagnetischen Prozesse und damit die gesamte Chemie. Wäre sie nur ein wenig anders, würden Atome sich anders binden, Sterne anders brennen und die für Leben nötigen Elemente vielleicht gar nicht erst entstehen. Genau hier setzt die Debatte um die Feinabstimmung des Universums an. Alpha ist eine der Konstanten, deren Wert verdächtig genau im schmalen Bereich liegt, der komplexe Strukturen und damit Leben erlaubt. Manche Forscher untersuchen sogar, ob Alpha über kosmische Zeiträume oder an verschiedenen Orten im Universum minimal variieren könnte, was die Naturgesetze selbst zu etwas Veränderlichem machen würde.

In der Science-Fiction ist die Feinstrukturkonstante ein dankbares Motiv für Geschichten über die Feinabstimmung und über das Fermi-Paradoxon. Wenn die Konstanten so genau eingestellt sein müssen, damit Leben entsteht, dann wirft das die Frage auf, ob wir allein sind oder ob das Universum auf Leben geradezu zugeschnitten ist. Romane spielen mit Zivilisationen, die Alpha künstlich verändern und damit ganze Sternsysteme unbewohnbar oder bewohnbar machen, oder mit der Entdeckung, dass die Konstante in fernen Regionen des Kosmos einen anderen Wert hat. Als reine Zahl ohne Einheit ist Alpha außerdem ein eleganter Kandidat für eine universelle Botschaft, denn jede technische Zivilisation müsste denselben Wert kennen.