Ein erläuternder Vergleich: Das Größenverhältnis zwischen Atomkern und Atomhülle

Atome bauen die Welt zusammen. Aus ihnen besteht alles, was gasförmig, flüssig oder fest ist. Ihre Ausmaße sind winzig. Der Durchmesser schwankt im Bereich von 6 ·10^-11 m (Helium) bis 5 ·10^-10 m (Cäsium). Die Massen in einem Bereich von 1,7 ·10^-27 kg (Wasserstoff) bis 5 ·10^-25 kg (synthetisch hergestellten Atomkerne). Es ist alles aberwitzig klein und aberwitzig leicht. Wie kann man sich so etwas veranschaulichen?

Materie ist leer

Strenggenommen ist Materie nichts weiter als Leere. 99,9 Prozent der gesamten Masse eins Atoms ist im Kern konzentriert. Dieser hat eine Dichte von etwa 100 Millionen Tonnen pro cm³. Das Verhältnis der Radien des Atoms und des Atomkerns beträgt etwa 1:40.000.

Veranschaulichung

Um sich diese Tatsache bewusst zu machen, kann man sich eine Murmel mut einem Durchmesser von 8 Millimetern vorstellen, die unter dem Eifelturm liegt. Die Spitze des Turms wäre die Hülle des Atoms.

Eine weitere beliebte Veranschaulichung ist das Fußballstadion. Die äußersten Ränge sind die Hülle des Atoms. Im Mittelpunkt des Anstoßkreises liegt ein Reiskorn. Das ist der Atomkern, in dem nach wie vor 99,9 Prozent der Masse liegt.

Um es noch etwas deutlicher zu machen: Wenn ein Atomkern so groß wie ein Mensch wäre (1,70 Meter), dann schwebt das Elektron von etwa 0,1 Millimeter Größe in etwa 50 Kilometern Entfernung. Eine unglaubliche Dimension, die der menschliche Verstand nur schwer fassen kann.

Erklärungsversuch

Dass ein Atomkern so unglaublich dicht und klein ist, kann mit den Kernkräften zusammenhängen, welche die Quarks, aus denen Protonen und Neutronen bestehen, so eng zusammenhalten. Sie kleben sozusagen einander fest, auch wenn sich gleiche Ladungen stets abstoßen wollen. Daraus resultiert auch die unglaubliche Energie, wenn man einen solchen Atomkern zu spalten versucht. Die Bindungsenergie wird freigegeben: Das Prinzip der Kernspaltung mit all ihren guten und schlechten Folgen.

Interessante Parallele

Ähnlich wie ein Atomkern trägt auch unsere Sonne zu 99,9 Prozent aller Masse im Sonnensystem bei. Ob das Zufall ist oder sich Muster im Universum in größerem Maßstab ähneln, ist unbekannt.

Fazit

Atome sind winzige Dinge, die alles ermöglichen und darstellen, was wir kennen. Was wir anfassen, was wir atmen, was wir lieben oder hassen. Alles ist aus Atomen aufgebaut, die letztlich aus leerem Raum bestehen, da der Kern zwar fast alle Masse hat, aber zigtausende Male kleiner ist. Auch Vergleiche mit Objekten unserer Welt sind kaum vorstellbar, weil sie noch immer etwas kleines mit etwas großem verbinden müssen. Wir können es dann zwar sehen, aber verstehen können wir es deshalb noch lange nicht. Und doch hängt von diesem Phänomen unsere ganze Existenz ab, weil wir aus diesen Bausteinen bestehen.