Die dreizehn Skalen, die unser physisches Universum definieren

Der Weg von makroskopischen zu subatomaren Skalen erstreckt sich über viele Größenordnungen, aber wenn man kleine Schritte nach unten geht, kann jede neue Skala leichter zugänglich sein als die vorherige. Der Mensch besteht im Inneren aus Organen, Zellen, Organellen, Molekülen und Atomen, dann aus Elektronen und Kernen, dann aus Protonen und Neutronen und schließlich aus Quarks und Gluonen. Dies ist die Grenze dafür, wie weit wir die Natur erforschen können.

Rechts sind die gemessenen Bosonen dargestellt, die die drei fundamentalen Quantenkräfte unseres Universums vermitteln. Es gibt nur ein Photon, das die elektromagnetische Kraft vermittelt, es gibt drei Bosonen, die die schwache Kraft vermitteln, und acht, die die starke Kraft vermitteln. Dies weist darauf hin, dass das Standardmodell eine Mischung aus drei Gruppen ist: U(1), SU(2) und SU(3), deren Wechselwirkungen und Teilchen zusammen alles bilden, was bekanntermaßen existiert. Die Größe jedes der bekannten Grundteilchen kann nicht größer als etwa ~10^-19 μm sein.

Wenn zwei Protonen, die jeweils aus drei durch Gluonen verbundenen Quarks bestehen, interagieren, ist es je nach ihren Eigenschaften möglich, dass sie zu einem zusammengesetzten Zustand verschmelzen. Die häufigste und bewährteste Möglichkeit ist die Erzeugung eines Deuterons, das aus einem Proton und einem Neutron besteht, was die Emission eines Neutrinos, eines Positrons und möglicherweise auch eines Photons erfordern würde.

Auch wenn Sie selbst aus Atomen bestehen, erfordert das, was Sie als „Berührung“ empfinden, nicht unbedingt, dass ein anderes äußeres Atom tatsächlich mit den Atomen in Ihrem Körper in Kontakt kommt. Nur nahe genug heranzukommen, um Gewalt auszuüben, reicht nicht nur nicht aus, es kommt auch am häufigsten vor.

Moleküle, Beispiele für Moleküle der Materie, die in komplexen Formationen gebunden sind, erreichen ihre Formen und Strukturen aufgrund der elektromagnetischen Kräfte, die zwischen den Atomen und Elektronen, aus denen sie bestehen, bestehen. Die Vielfalt der erstellbaren Strukturen ist nahezu unbegrenzt.

Diese Tunnelelektronenmikroskop-Aufnahme zeigt einige Proben des Cyanobakteriums Prochlorococcus marinus. Jeder dieser Organismen ist nur etwa einen halben Mikrometer groß, aber alle Cyanobakterien sind maßgeblich für die Sauerstoffbildung auf der Erde verantwortlich: am Anfang und bis heute. Wie alle Bakterien ist ihr Leben viel kürzer als das eines Menschen.

In warmen, flachen Gewässern findet man oft rosafarbene Flamingos beim Waten, Putzen und auf der Suche nach Nahrung. Ein Mangel an Carotinoidpigmenten in ihrer Nahrung, der bei einigen (aber nicht allen) der hier gezeigten Flamingos zu beobachten ist, führt dazu, dass viele dieser Flamingos eher weiß sind als das stereotype Rosa oder Rot, aber das Verhalten, auf einem zu stehen Mit einem Fuß statt zwei Fuß gelang es ihm, den Wärmeverlust des Körpers fast um die Hälfte zu reduzieren.

Diese Auswahl an Asteroiden und Kometen, die von Raumfahrzeugen besucht werden, umfasst mehrere Größenskalen, von Objekten mit weniger als einem Kilometer bis hin zu Objekten mit mehr als 100 Kilometern auf einer Seite. Allerdings hat keines dieser Objekte genug Masse, um es in eine Kreisform zu bringen. Die Schwerkraft kann sie zusammenhalten, für ihre Form sind jedoch hauptsächlich elektromagnetische Kräfte verantwortlich.

Nachdem Saturn nun vom JWST abgebildet wurde, kann das erste „Familienbild“ der Gasriesenwelten aus der Sicht des JWST erstellt werden. Hier wird jeder Planet in einer Winkelgröße gezeigt, die darauf abgestimmt ist, wie sie im Verhältnis zueinander aus der Sicht des JWST erscheinen. Planeten können doppelt so groß wie Jupiter sein, können aber 1000 km oder sogar weniger groß sein.

Illustration der inneren und äußeren Oortschen Wolke, die unsere Sonne umgibt. Während die innere Oortsche Wolke ringförmig ist, ist die äußere Oortsche Wolke kugelförmig. Die wahre Ausdehnung der äußeren Oortschen Wolke kann weniger als 1 Lichtjahr oder mehr als 3 Lichtjahre betragen; Hier herrscht eine große Unsicherheit. Jedes massive Objekt, das die Oortsche Wolke passiert, hat eine hohe Wahrscheinlichkeit, Objekte in seiner Nähe zu stören.

Obwohl es viele Beispiele für viele Galaxien in derselben Region des Weltraums gibt, kommt es normalerweise entweder zwischen nur zwei Galaxien oder in sehr dichten Regionen des Weltraums vor, beispielsweise in den Zentren von Galaxienhaufen. Die Interaktion von fünf Galaxien in einem weniger als eine Million Lichtjahre entfernten Raum ist äußerst selten und wird hier von Hubble in fantastischen Details eingefangen. Da alle diese Galaxien immer noch neue Sterne bilden, werden sie von Astronomen alle als „lebend“ eingestuft.

Zwischen den großen Clustern und Filamenten des Universums befinden sich große kosmische Hohlräume, von denen einige einen Durchmesser von mehreren Hundert Millionen Lichtjahren haben können. Während einige Hohlräume größer sind als andere und sich über eine Milliarde Lichtjahre oder mehr erstrecken, enthalten sie alle auf einer bestimmten Ebene Materie. Sogar der Hohlraum, zu dem MCG+01–02–015 gehört, die isolierteste Galaxie im Universum, enthält wahrscheinlich kleine Galaxien mit geringer Oberflächenhelligkeit, die unterhalb der aktuellen Nachweisgrenze von Teleskopen wie Hubble liegen.

Auf größeren Skalen kann die Art und Weise, wie sich Galaxien in Beobachtungen (blau und violett) zusammenballen, nicht mit Simulationen (rot) übereinstimmen, es sei denn, dunkle Materie wird einbezogen. Obwohl es Möglichkeiten gibt, diese Art von Struktur zu reproduzieren, ohne ausdrücklich Dunkle Materie einzubeziehen, wie zum Beispiel das Hinzufügen eines bestimmten Feldtyps, scheinen diese Substitutionen entweder verdächtig nicht von Dunkler Materie zu unterscheiden oder sie reproduzieren nicht eine der vielen Beobachtungen, die die andere unterstützen, um Dunkle Materie zu unterstützen.

In der modernen Kosmologie ist das Universum von einem ausgedehnten Netzwerk aus dunkler und gewöhnlicher Materie durchzogen. Auf einzelnen und kleineren Galaxienskalen sind die durch Materie gebildeten Strukturen stark nichtlinear, wobei die Dichten enorm von den durchschnittlichen Dichten abweichen. In sehr großen Maßstäben liegt die Dichte jeder Region im Weltraum jedoch sehr nahe an der durchschnittlichen Dichte: Die Genauigkeit beträgt etwa 99,99 %.

Diese vertikal ausgerichtete logarithmische Karte des Universums umfasst fast 20 Größenordnungen und führt uns vom Planeten Erde bis an den Rand des sichtbaren Universums. Jede große „Markierung“ auf der rechten Skalenleiste entspricht einer Vergrößerung der Entfernungsskalen um den Faktor 10.