Warum kann man Materie nicht verkleinern?

[irony]

In der Star Trek TAS Folge "The Terratin Incident" werden Kirk und seine Leute verkleinert. Warum geht das eigentlich nicht? Warum geht das wahrscheinlich selbst in einem fiktiven Universum nicht? Ich denke, dass es da einen Widerspruch geben müsste, z.B. dass Materie nicht stabil sein könnte.

[Thomas W. Riker]

Mehr Dichte bedeutet außer bei Wasser mehr Wärme. Kohlenstoff würde die Diamant Struktur annehmen, Wasser die von Eis. Ladungen wären dichter beieinander, was bei Molekülen sicher zu Instabilität führt.
Sehr viele Naturkonstanten sind zumindest indirekt über die Lichtgeschwindigkeit über Längen definiert. Da ist teilweise für 15 Nachkommastellen keine Varianz möglich.

In der Folge wird anscheinend auch nur Bio-Materie verkleinert.
Wie soll z.B Kochsalz in Lebewesen von Kochsalz im Salzstreuer unterschieden werden?

[Agent Scullie]

In der Star Trek TAS Folge "The Terratin Incident" werden Kirk und seine Leute verkleinert. Warum geht das eigentlich nicht? Warum geht das wahrscheinlich selbst in einem fiktiven Universum nicht? Ich denke, dass es da einen Widerspruch geben müsste, z.B. dass Materie nicht stabil sein könnte.

Wenn ein materieller Körper, wie z.B. ein Mensch, verkleinert werden sollte, so müsste dazu entweder die Zahl der Atome des Körpers verringert werden, oder aber es müssten die Atome selbst verkleinert werden.

Atome verkleinern geht aber nicht so einfach, da die Ausdehnung der Atome durch die Naturgesetze bestimmt wird. Der Radius eines Wasserstoffatoms ist durch den Bohrschen Radius a0 festgelegt, für den gilt

a0 = 4 pi epsilon0 hbar^2 / (me e^2)

(siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Bohrscher_Radius), oder anders gesagt: durch die Planck-Konstante hbar, die Kopplungsstärke der elektromagnetischen Wechselwirkung, die je nach Einheitensystem durch e und epsilon0 (SI-Einheiten) oder nur durch e (cgs-Einheiten) definiert wird, und die Elektronenmasse me. Bei anderen Atomen ist es analog. Die Atomradien zu ändern, ist nur durch einen äußeren Einfluss, z.B. einen starken Druck, wie er im Inneren eines massereichen Planeten herrscht, möglich, so ein Einfluss wäre für einen Menschen aber sicherlich tödlich. Es müsste also schon noch zumindest eine der den Bohr-Radius bestimmenden Naturkonstanten geändert werden.

Die Alternative, die Atome gleich groß zu lassen, jedoch die Anzahl der Atome zu verringern, wäre für einen Menschen sicherlich auch tödlich. Und auch aus einem nicht-biologischen Körper könnte man nicht einfach einen Teil der Atome entfernen, außer man zerteilt den Körper, so wie ein Stück Holz mit einer Axt.

[pollux83]

Weil man um Leute zu verkleinern kleine Atome braucht. Und die sind teuer. (Prof. Farnsworth)

In der Realität sind die Atomabstände durch ein Gleichgewicht zwischen anziehenden (z.B. Austauschwechselwirkung) und abstoßenden (z.B. pos. Kerne) Kräften festgelegt. Du musst schon kräftig an den Naturkonstanten schrauben um das zu ändern.

[irony]

In einem anderen Universum können ja andere Naturgesetze gelten. Denkbar sind ja sehr leicht Universen, in denen es nur Strahlung, Leptonen, aber gar keine Atome gibt.

Wie wäre es mit einem lokal-variablen Higgsfeld? Könnte man damit die Up- und Down-Quark-Massen und die Elektronenmasse so ändern, dass sich neue Atome bilden?

Wie lässt sich zumindest theoretisch Materie skalieren?

[Mondkalb]

Materie an sich kann sehr stark komprimiert werden, wenn man die Elektronen um die Atomkerne entfernt; das geschieht ja beim Kollaps eines Sterns zum Neutronenstern. Die Elektronen werden durch die zunehmende Gravitation in die Protonen gepresst und vereinigen sich mit ihnen zu Neutronen.
Der ganze "leere Raum", der von den Elektronenorbitalen eingenommen wurde ist anschließend mit Neutronen gefüllt, der Stern hat praktisch die Dichte eines Atomkerns und ist ganz erheblich geschrumpft.

Dabei geht aber die Charakteristik der Materie verloren. Es gibt keine unterscheidbaren Atomkerne bzw. Elemente oder gar Moleküle mehr. Das ist der Preis, den man für die Kompression bezahlen müsste.

Ein weiteres Problem bei der Verkleinerung bzw. speziell bei der Vergößerung von Lebewesen, das in der SF und Fantasy generell ignoriert wird: Wenn man die Ausdehnung in der Länge (also der Größe) verdoppelt, vervierfacht sich in etwa die Oberfläche und das Volumen wächst in der dritten Potenz. Ein Mensch der auf dreifache Größe anwachsen würde, müsste das neunfache seines Gewichtes tragen, wofür weder die Knochen noch die Muskeln ausreichen würden. Die Proportionen von Gliedmaßen, Muskelmasse, Körperobeflläche usw. sind bei Organismen genau auf die jeweilige Größe abgestimmt, eine einfache Verdoppelung oder Halbierung des Maßstabes passt dann nicht mehr zu den anderen Werten.

Eine fiktive tatsächliche Verkleinerung auf Atomebene, die z. B. die Atomkerne und den Abstand der Elektronen entsprechend verkleinern würde, hätte als Folge ein Problem der Wechselwirkung mit der originalen Umwelt. Wie sollte ein Mensch mit verkleinerten Atomen z. B. Sauerstoff oder Nahrung in "Normalgröße" verarbeiten?
(Das Problem der Wechselwirkung mit der Umwelt wird auch gerne ignoriert, wenn es um temporale Verlangsamung oder Beschleunigung geht.)