How big is Quantenschaum?

Quantenschaum ist eine vorgeschlagene Struktur von Raum und Zeit auf den allerkleinsten Skalen, auf denen beide statt glatt zu sein brodeln und schwanken würden. Er wurde nie direkt beobachtet, weshalb die oben gezeigten 9,3 × 10⁻³⁶ Meter keine Messung sind. Diese Zahl ist 9,3 geteilt durch eine 1 mit 36 Nullen. Physiker erwarten, dass der Schaum, falls es ihn gibt, bei etwa der Planck-Länge auftritt, 1,6 × 10⁻³⁵ Meter, also etwa dem 1,7-Fachen des oben gezeigten Werts.

Größe

Die Raumzeit besteht aus den drei Dimensionen des Raums zusammen mit der Zeit. Auf jeder messbaren Skala wirkt sie glatt. Doch Teile der Quantenmechanik, der Theorie, die Atome und Teilchen erklärt, sagen voraus, dass sie auf weit kleineren Skalen nicht glatt bliebe. Winzige Bereiche würden sich ständig verändern, und Raum und Zeit hätten keine festen Werte mehr.

Ein solcher Schaum hat keine Kante, die man messen könnte, weshalb die Theorien stattdessen eine Skala liefern: die Entfernung, bei der sich der Schaum zeigen würde. Nach Angaben der NASA liegt sie etwa bei der Breite des Kerns eines Wasserstoffatoms, geteilt durch 100 Trillionen (10²⁰). Das entspricht etwa der Planck-Länge, der Skala, auf der die Quanteneffekte der Schwerkraft eine Rolle spielen sollen. Die genaue Skala hängt von der jeweiligen Theorie ab, und Physiker haben noch keine geprüfte Theorie, die Schwerkraft und Quantenmechanik vereint.

Größenvergleiche

Die erwartete Skala des Schaums entspricht etwa der Planck-Länge, dem nächstgrößeren Objekt im Explorer.
Ein Proton, etwa 1,7 Femtometer groß, ist etwa 100 Trillionen (10²⁰) Mal so breit wie die erwartete Skala des Schaums. Ein Femtometer ist 10⁻¹⁵ Meter.
Wäre die Skala des Schaums auf die Breite eines menschlichen Haars vergrößert, etwa 0,1 Millimeter, hätte ein Proton einen Durchmesser von etwa einem Lichtjahr. Ein Lichtjahr ist die Strecke, die das Licht in einem Jahr zurücklegt.
Die Quasare, die Chandra für den weiter unten beschriebenen Test von 2015 beobachtete, sind etwa 12 Milliarden Lichtjahre entfernt. Diese Entfernung ist etwa das 7 × 10⁶⁰-Fache der erwarteten Skala des Schaums, weshalb sich winzige Effekte auf dem Weg summieren könnten.

Woher die Idee stammt

Der Physiker John Wheeler von der Princeton University ersann den Quantenschaum und gab ihm seinen Namen. Die Quantenmechanik sagte bereits voraus, dass Teilchen kurzzeitig entstehen und wieder verschwinden können. Wheeler stellte sich mehr vor: Die Raumzeit selbst würde zu einem Schaum aus verzerrten Formen aufgewirbelt. Wheeler machte auch den Begriff „Schwarzes Loch" bekannt.

Die Suche nach dem Schaum

Der Schaum ist viel zu klein, um ihn direkt zu sehen, weshalb Astronomen nach seinen Auswirkungen auf Licht suchen. Wäre die Raumzeit schaumig, würde die vom Licht zurückgelegte Strecke um winzige Beträge schwanken. In manchen Modellen summieren sich diese Schwankungen über Milliarden Lichtjahre, bis weit entfernte Objekte unscharf werden und aus dem Blick geraten.

2015 testete ein Team um Eric Perlman vom Florida Institute of Technology dies anhand von Quasaren. Ein Quasar ist ein sehr helles Objekt, das durch Materie angetrieben wird, die in ein gigantisches Schwarzes Loch stürzt. Das Röntgenobservatorium Chandra der NASA, das Gammastrahlen-Weltraumteleskop Fermi der NASA und die VERITAS-Teleskope erfassten weit entfernte Quasare weiterhin klar und deutlich. Das Team schloss daraus, dass dies zwei Modelle des Schaums ausschließt, darunter eines namens holografischer Schaum.

Die Frage ist nicht geklärt. In einem Tagungsbeitrag von 2026 argumentierten Eric Steinbring und Jack Ng, einer der Autoren von 2015, dass der holografische Schaum die Streuung in den gemessenen Positionen eines extrem hellen Gammastrahlenausbruchs doch erklären könne. Sie stellen dies als eine mögliche Lesart der Daten dar. Ob sich die Effekte des Schaums über große Entfernungen aufsummieren können, wird seit mehr als 20 Jahren diskutiert.