Vom Atom zum Universum

Wenn du auf deinem Handy in eine Karte zoomst, springst du von deiner Straße über deine Stadt bis zum ganzen Planeten. Die Physik macht genau das mit der gesamten Wirklichkeit: Sie zoomt vom winzigen Atom bis hinaus zu den Galaxien. Damit man dabei nicht den Überblick verliert, gibt es einen genialen Trick: die Zehnerpotenzen.

Zehnerpotenzen als Zoomstufen

Eine Zehnerpotenz wie 10³ bedeutet 10 · 10 · 10 = 1000. Jeder Schritt in der Hochzahl heißt: mal zehn. Jede Zehnerpotenz ist damit eine Zoomstufe. Die Zehnerpotenz, der eine Länge am nächsten kommt, nennt man ihre Größenordnung. Ein erwachsener Mensch ist etwa 1,7 m groß, seine Größenordnung ist also 10⁰ m, denn 10⁰ ist 1. Ein Kilometer ist 10³ m, die Erde hat einen Durchmesser von gut 10⁷ m. Nach unten geht es genauso: 10⁻³ m ist ein Millimeter, und ein Atom misst nur etwa 10⁻¹⁰ m.

Zwei Zoomstufen vergleichst du, indem du die Hochzahlen voneinander abziehst. Zwischen 10³ m und 10⁷ m liegen 7 − 3 = 4 Zehnerschritte. Genauso rechnest du Einheiten um: Ein Kilometer ist 10³ m, also sind 10⁶ m genau 10⁶ : 10³ = 10³ km, das sind 1000 km.

Warum die Physik Modelle braucht

Zwischen dem Atom (10⁻¹⁰ m) und der Milchstraße (10²¹ m) liegen 31 Zehnerschritte. Kein Mensch kann ein Atom mit bloßem Auge sehen und niemand kann die Milchstraße abschreiten. Deshalb baut die Physik Modelle: vereinfachte Bilder wie das Kugelmodell des Atoms oder die Karte des Sonnensystems. Ein Modell muss nicht perfekt sein, es muss die richtige Zoomstufe verständlich machen.

Lichtjahre

Für die größten Zoomstufen reichen Kilometer nicht mehr. Deshalb misst man in Lichtjahren: Ein Lichtjahr ist die Strecke, die das Licht in einem Jahr zurücklegt, ungefähr 9,5 · 10¹² km. Der nächste Stern nach der Sonne ist gut 4 Lichtjahre entfernt, die Milchstraße misst etwa 100.000 Lichtjahre.