Planck-Skala

Die Planck-Skala beschreibt die Größenordnungen, bei denen die Quantenmechanik und die Allgemeine Relativitätstheorie gleichzeitig bedeutsam werden. Sie wird aus drei Naturkonstanten abgeleitet: der Gravitationskonstante G, der reduzierten Planckschen Konstante ħ und der Lichtgeschwindigkeit c. Max Planck selbst schlug diese natürlichen Einheiten 1899 vor.

Die zentralen Planck-Größen sind: Die Planck-Länge (etwa 1,6 × 10⁻³⁵ Meter, rund 10²⁰ mal kleiner als ein Proton), die Planck-Zeit (etwa 5,4 × 10⁻⁴⁴ Sekunden, die kürzeste physikalisch sinnvolle Zeitspanne) und die Planck-Masse (etwa 2,2 × 10⁻⁸ Kilogramm, entsprechend der Energie von 10¹⁹ GeV). Die Planck-Temperatur liegt bei rund 1,4 × 10³² Kelvin.

Unterhalb der Planck-Länge und der Planck-Zeit verlieren unsere bisherigen physikalischen Theorien ihre Gültigkeit. Die Raumzeit selbst könnte dort eine körnige, schaumartige Struktur annehmen (John Wheelers Quantenschaum). Eine Theorie, die bei diesen Skalen gültig ist, wäre eine Theorie der Quantengravitation, nach der die Physik seit Jahrzehnten sucht. Kandidaten sind die Schleifen-Quantengravitation und verschiedene Ansätze der Stringtheorie.

Die Planck-Skala ist für die Science-Fiction relevant, weil sie die ultimative Grenze dessen markiert, was physikalisch möglich ist. Autoren wie Greg Egan (Schild's Ladder) und Stephen Baxter (Xeelee-Sequenz) spielen mit der Idee, dass fortgeschrittene Zivilisationen die Planck-Skala manipulieren und damit die Grundstruktur der Realität verändern können.

Die Planck-Masse klingt gering (rund 22 Mikrogramm), aber energetisch entspricht sie 10¹⁹ Gigaelektronenvolt, das Millionen-Milliardenfache der Energie, die der Large Hadron Collider erreichen kann. Kein menschengemachter Beschleuniger wird je die Planck-Energie erreichen. Das bedeutet, dass wir die Physik an der Planck-Skala niemals direkt im Labor testen können, und alle Theorien über sie bleiben vorerst rein theoretisch.

John Wheeler prägte den Begriff Quantenschaum für die Vorstellung, dass die Raumzeit an der Planck-Skala selbst eine aufgelöste, blasige Struktur haben könnte, ohne feste Geometrie, mit spontan erschaffenen und annihilierten Raumzeitstrukturen. Ob dieser Schaum wirklich existiert, ist experimentell kaum greifbar. Einige Experimente mit Gammastrahlen aus fernen Quasaren suchen nach Spuren dieser Körnigkeit in der Raumzeit, indem sie prüfen, ob sich hochenergetische und niederenergetische Photonen nach langen kosmischen Reisen trennen.

In der Hard SF wird die Planck-Skala zum Boden, auf dem die dramatischsten Überlegungen über das Ende und den Anfang von Universen ausgetragen werden. Wenn eine Zivilisation in Milliarden Jahren die Planck-Energieskala erreichen und die Raumzeit selbst beschreiben könnte, wäre das der absolute Horizont physikalischer Kontrolle. Baxters Xeelee sind das SF-Konzept einer solchen Zivilisation, und ihre Technostrukturen an der Planck-Skala bilden den kosmischen Rahmen seiner gesamten Xeelee-Sequenz.