Isotopizität – das ungelüftete Geheimnis der Isotopenverteilung

Feynmans Vermächtnis

Richard Feynman (1918–1988), dem größten Physiker des letzten Jahrhunderts, wurde einmal die folgende Frage gestellt:

„Wenn durch eine Katastrophe unsere sämtlichen wissenschaftlichen Erkenntnisse zerstört würden und nur ein einziger Satz an die nächste Generation weitergegeben werden könnte, mit welcher Aussage könnte man mit den wenigsten Worten die meisten Informationen vermitteln?“

Darauf antwortete er:

„Alles besteht aus Atomen.“

Diese vier Wörter fassen tatsächlich am besten zusammen, was unsere Wissenschaft bis dato erreicht hat.

Allerdings kannte die Menschheit das Konzept von Atomen als winzigen Grundbausteinen, aus denen sich alles zusammensetzt, schon lange bevor sie die entsprechenden Instrumente erfand, die deren tatsächliche Existenz enthüllten. Man denke nur an große Atomisten der Antike wie Leukipp, Demokrit, Epikur und Lukrez, die oftmals mit erstaunlicher Einsicht und Vorstellungskraft über die atomare Welt sprachen. Ein paar Jahrhunderte später begegnen uns dann unter anderem Giordano Bruno, René Des­cartes und Robert Boyle, die Vertreter eines vorexperimentellen Atomismus, die eine Renaissance des antiken Konzepts einleiteten.

Doch was wäre eine zweite mögliche Antwort auf die eingangs gestellte Frage?

Ich kann mich zwar nicht der gleichen Bekanntheit rühmen wie Richard Feynman, würde jedoch als zweiten Satz vorschlagen:

„Alle Atome haben Isotope.“

Wir sind die Neutronen

Was nun hat es mit diesen „Isotopen“ und dem Begriff „Isotopizität“ auf sich? Isotope sind Atome eines bestimmten chemischen Elements, die in ihrem Kern eine abweichende Anzahl von Neutronen aufweisen.

Alles, was wir sehen und berühren können – uns selbst eingeschlossen –, besteht aus Atomen, und etwa zwei Drittel aller chemischen Elemente haben zwei oder mehr stabile Isotope. Bekannt sind insgesamt 254 stabile Isotope, wobei 80 Elemente des Periodensystems zumindest über ein stabiles Isotop verfügen. Die Zahl der radioaktiven Isotope – natürlichen und künstlichen Ursprungs – ist weit höher und liegt bei etwa 2.400.

Jeder von uns beherbergt in sich eine höchst breit gefächerte Palette an Isotopen, und diese Isotopenvielfalt wirkt sich auf fast alle Lebensbereiche aus – unsere Physiologie, unser Psyche und unsere Gesundheit. Man kann hier beispielsweise erwähnen, dass in jedem von uns (wenn wir von einem durchschnittlichen menschlichen Körpergewicht von 70 Kilogramm ausgehen) pro Sekunde etwa 4.000 radioaktive Zerfallsprozesse stattfinden. Beteiligt sind meistens Isotope von Kohlenstoff (¹⁴C) oder Kalium (⁴⁰K), die dabei energetische Teilchen produzieren. Diese wiederum beeinflussen uns körperlich und geistig auf vielerlei Weise.

Modell eines Wasserstoffatoms

Um nun das Prinzip der Isotopizität zu verstehen, muss man sich im ersten Schritt klarmachen, dass alles um uns herum (und wir selbst) überwiegend aus Neutronen besteht. Atomkerne setzen sich zwar aus Protonen und Neutronen zusammen, doch ein Blick auf die Periodentafel verrät uns, dass fast alle Atome mehr Neutronen (N) als Protonen (Z) aufweisen – dazu muss man nur das Atomgewicht A und die Ordnungszahl Z vergleichen. Bei ²³⁸Uran beispielsweise finden wir das Verhältnis Z = 92 und N = 146. Man kann also sagen, dass Neutronen circa 60 Prozent des Gesamtgewichts aller existierenden Dinge ausmachen.

Sinnbildlich gesprochen könnte man sagen, dass wir alle eigentlich wandelnde Neutronenbehälter sind!

Zudem besteht beinahe alles, was wir um uns herum sehen – einschließlich unserer selbst –, im Grunde aus leerem Raum. Der Atomkern macht nahezu die gesamte Masse eines Atoms aus, füllt aber nur einen verschwindend geringen Teil des Gesamtvolumens aus. Der Durchmesser eines Atoms (Kern + Elektronenwolke) ist um den Faktor 23.000 (Uran) bis 145.000 (Wasserstoff) größer als der des Kerns. Stellen wir uns den Kern so groß vor wie eine Blaubeere (1 Zentimeter), dann wäre das Uranatom so groß wie eine riesige Kathedrale (230 Meter) und das Wasserstoffatom entspräche einer Kugel mit einem Durchmesser von fünf aufeinandergestellten Eiffeltürmen (1.450 Meter)!

Das wahre Gottesteilchen?

Sollten Sie zu denjenigen gehören, die mit der Vorstellung von „Gott“ als einem universalen, kosmischen Quantenfeld des Bewusstseins sympathisieren, können Sie vielleicht mit der folgenden Aussage etwas anfangen: In einem solchen „Feld“ würde das Neutron die Rolle eines Quants (eine Elementaranregung) übernehmen, ganz ähnlich wie die Photonen als Quanten des elektromagnetischen Felds aufzufassen sind.

Können wir das Neutron also als echtes „Gottesteilchen“ bezeichnen?

Dieser Titel ist ja vor Kurzem dem Higgs-Boson verliehen worden, und in der Tat lässt sich der Begriff, der Vorlage für populäre Talkshows und Beststeller war und das Higgs-Boson berühmt machte, auch auf das Neutron anwenden.

Zunächst einmal sollten wir uns fragen, wie ernst wir eine solche Bezeichnung für ein Teilchen nehmen dürfen, das laut Experimenten am CERN eine Masse von 130 Protonen hat – also eher ein Higgs-­Bison ist – und eine Lebenszeit von im Schnitt gerade einmal 10-22 Sekunden aufweist. Eine solche Zeitspanne hat keinen Bezug zu irgendeinem für uns relevanten Zeitmaß. Das Neutron dagegen passt mit einer Lebenszeit von 15 Minuten (als freies Teilchen) schon eher in „unsere“ Zeitrealität von Ereignissen.

Mögen uns renommierte Hochenergiephysiker auch als Spinner oder Sonderlinge bezeichnen – wir lachen darüber, dass man einem so übergewichtigen, kurzlebigen Teilchen wie dem Higgs-Boson „Gottesstatus“ verleiht.

Meiner Ansicht nach sprechen alle bisher angeführten Argumente dafür, das Neutron als das wahre und wichtigste Gottesteilchen zu betrachten. Damit bliebe dem Higgs-­Boson bestenfalls der Rang eines „Vize-Gottesteilchens“.

Ich weiß, dass man mich wegen meiner nun folgenden theologischen Analogien zum Neutron der Häresie bezichtigen kann, aber lassen Sie mich das Ganze noch etwas weitertreiben.

Tatsächlich nämlich weist das Neutron – jedenfalls, bevor es zerfällt – in seinem Inneren drei potenzielle (virtuelle) „Bestandteile“ auf: ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino. Diese Dreiheit könnte man mit Vater, Sohn und Heiligem Geist gleichsetzen:

1. Die erste „Persönlichkeit“ (das Proton, der Vater) steht für die Urquelle (den Höchsten Schöpfer).
2. Die zweite (das Elektron, der Sohn) fungiert als Bote, der die meisten Informationen im Universum befördert. (Und spricht es nicht für sich, dass in unserem Informationszeitalter Informationen überwiegend über Elektron-ik verbreitet werden?)
3. Die dritte Persönlichkeit schließlich (das Antineutrino, der Heilige Geist) ist mit Strahlung und Energie verbunden.

Die Vorstellung von Gott als einer Heiligen Dreifaltigkeit gehört zu den frühesten Konzepten des Christentums. Ohne an dieser Stelle eine umfassende theologische Diskussion zu beginnen, will ich dennoch einige Analogien zum Neutron anschneiden, das, wie gesagt, ebenfalls eine dreieinige Natur hat.

Lassen Sie mich hierzu auf die Terminologie zurückgreifen, die schon die frühen Kirchenväter benutzt haben. Diese bedienten sich häufig der griechischen Sprache, da die frühen christlichen Schriften auf Griechisch verfasst waren. Bei ihren Gesprächen über die Heilige Dreifaltigkeit verwendeten sie häufig die Bezeichnung perichóresis, was man als „Durchdringung ohne Verschmelzung“ übersetzen könnte. Dahinter steckt die Vorstellung, dass jede an der Dreifaltigkeit beteiligte Persönlichkeit umfassend am Leben der beiden anderen teilhat.