Wie klein genau ist ein Atom?

Wie klein genau sind Atome? Und was befindet sich darin? Die Antworten überraschen selbst diejenigen, die glauben, sie schon zu kennen. Diese flotte Animation verwendet eindrucksvolle Metaphern (stell dir eine Blaubeere in der Größe eines Fußballstadions vor!), um einen lebendigen Eindruck von den Bausteine zu vermitteln, aus denen unsere Welt besteht.

Lektion von Jonathan Bergmann, Animation von Cognitive Media.

(Musik)

Wahrscheinlich weißt du schon, dass alles

aus winzigen Teilen besteht, den Atomen,

und vielleicht sogar, dass jedes Atom
aus noch kleineren Partikeln besteht:

Protonen, Neutronen und Elektronen.

Und du hast bestimmt gehört,
dass Atome klein sind.

Hast du dich mal gefragt,
wie klein Atome tatsächlich sind?

Nun, die Antwort ist: Sie sind wirklich,
wirklich, wirklich klein.

Du willst wissen, wie klein genau Atome sind?

Um das zu verstehen, müssen wir
uns folgende Frage stellen:

Wie viele Atome sind in einer Grapefruit?

Angenommen, dass die Grapefruit
nur aus Stickstoffatomen besteht,

was gar nicht stimmt, aber es gibt
Stickstoffatome in einer Grapefruit.

Damit du dir das vorstellen kannst,
blasen wir jedes Atom

auf die Größe einer Blaubeere auf.

Wie groß wäre dann die Grapefruit?

Sie hätte dieselbe Größe wie –
die Erde.

Verrückt! Heißt das, wenn ich
die Erde mit Blaubeeren auffüllen würde,

da so viele wären wie
Stickstoffatome in einer Grapefruit?

Genau! Also, wie groß ist das Atom?

Nun, es ist wirklich, wirklich,
wirklich, wirklich klein.

Und weißt du was?

Es wird noch verrückter.

Schauen wir mal in jedes Atom hinein –
also in die Blaubeere –

Was siehst du?

In der Mitte des Atoms befindet sich
der sogenannte Atomkern,

der Protonen und Neutronen beinhaltet,

und außen sind Elektronen.

Wie groß ist der Atomkern also?

Wenn Atome wie Blaubeeren in der Erde sind,
wie groß wäre der Atomkern?

Vielleicht erinnerst du dich an Bilder
des Atoms aus dem Physik-Unterricht,

mit einem winzigen Punkt und
einem Pfeil, der zum Atomkern zeigt.

Nun, diese Bilder sind nicht
maßstabsgetreu gezeichnet,

daher nicht ganz korrekt.

Also, wie groß ist der Atomkern?

Nun, würde man die Blaubeere öffnen

und nach dem Atomkern suchen –

Weißt du was? Er wäre unsichtbar.

Er ist zu klein, um ihn zu sehen!

O. K., blasen wir nun das Atom –
die Blaubeere –

auf die Größe eines Hauses auf.

Stell dir einen Ball in der Größe
eines zweistöckigen Hauses vor.

Suchen wir nach dem Atomkern
in der Mitte des Atoms.

Weißt du was?
Man könnte ihn gerade so sehen.

Also, um uns klarzumachen,
wie groß der Atomkern ist,

müssen wir die Blaubeere auf die Größe
eines Fußballstadions aufblasen.

Stell dir einen Ball in der Größe
eines Fußballstadions vor,

und haargenau im Zentrum des Atoms

wäre der Atomkern.
Und du könntest ihn sehen!

Und er hätte die Größe einer kleinen Murmel.

Es wird noch spannender!

Betrachten wir das Atom genauer. Es besteht
aus Protonen, Neutronen und Elektronen.

Die Protonen und Neutronen leben im Atomkern

und ergeben fast die ganze Masse des Atoms.

Ganz außen sind die Elektronen.

Wenn das Atom wie ein Ball in der Größe
eines Fußballstadions ist,

mit dem Atomkern in der Mitte
und Elektronen am Rand,

was ist dann zwischen dem Atomkern
und den Elektronen?

Überraschenderweise ist die Antwort:
leerer Raum.

(Windgeräusch)

Leerer Raum! Genau!

Zwischen dem Atomkern und den Elektronen
sind Unmengen leerer Raum.

Na ja, technisch gesehen gibt es da
ein paar elektromagnetische Felder,

aber Stoff, Materie, gibt es darin nicht.

Denk daran: Diese riesige Fläche
von leerem Raum

ist in der Blaubeere, die in der Erde ist,

und in Wirklichkeit sind das
die Atome in der Grapefruit.

O. K., eine Sache noch, falls es
noch verrückter werden kann.

Da quasi die ganze Masse
eines Atoms im Atomkern ist –

nun, es gibt etwas Masse in den Elektronen,

doch die meiste Masse ist im Atomkern –

wie dicht ist der Atomkern?

Nun, die Antwort ist verrückt.

Die Dichte eines gewöhnlichen Atomkerns

ist vier mal 10 hoch 17 Kilo pro Kubikmeter.

Aber das ist schwer vorstellbar.
Noch mal im englischen Einheiten.

2,5 mal 10 hoch 16

Pfund pro Kubikfuß.

Immer noch schwer vorstellbar.

O. K., probier mal folgendes aus:

Stell dir eine 30 x 30 x 30 cm große Box vor,

Jetzt schnappen wir uns die ganzen Atomkerne
eines normalen Autos.

Ein Auto wiegt durchschnittlich zwei Tonnen.

Von wie vielen Autos müsste man
die Atomkerne in die Kiste füllen,

damit die 30-cm-Kiste
die Dichte eines Atomkerns hätte?

Von einem Auto?
Vielleicht von 100?

Nein, nein und noch mal nein.

Die Antwort ist viel größer.

6,2 Milliarden.

Das entspricht fast der Anzahl
Menschen auf der Erde.

Wenn jeder auf der Erde ein
eigenes Auto besitzen würde –

und das ist nicht der Fall –

und wir würden alle diese Autos
in deine Kiste stecken,

kämen wir in etwa auf
die Dichte eines Atomkerns.

Also, würde man jedes Auto auf
der Erde in deine Box stecken,

hätte man die Dichte eines Atomkerns.

O. K., fassen wir zusammen.

Das Atom ist wirklich,
wirklich, wirklich klein.

Stell dir Atome in einer Grapefruit
wie Blaubeeren in der Erde vor.

Der Atomkern ist extrem klein.

Schau in die Blaubeere und blase sie
auf die Größe eines Fußballstadions auf.

Und jetzt ist der Atomkern
eine Murmel in der Mitte.

Das Atom besteht aus einer
riesigen Menge leerem Raum.

Das ist verrückt.

Der Atomkern hat eine
unglaublich hohe Dichte.

Stell dir vor, die ganzen Autos
in deine Kiste zu stecken.

Ich glaub, ich bin müde.

(Gähnen)