Warum gibt es im Universum mehr Kohlenstoff als Gold und woher kommen diese Stoffe? Der folgende Abschnitt beschäftigt sich mit den kleinsten Bausteinen des Universums und wird diese Fragen beantworten. Erst wenn wir diese Teilchen verstehen, sind wir in der Lage, ihre Eigenschaften zu nutzen und zu manipulieren, um unsere Technologien voranzutreiben und auf unsere sich ständig veränderten Bedürfnisse einzustellen. Alles besteht aus Atomen, vom kleinsten Computer Chip in Ihrem iPod bis hin zu den größten Galaxien des Universums. Das Erforschen von Atomen und deren Wechselwirkung hat zu interessanten Entdeckungen geführt, ohne die es heute überhaupt keinen iPod gäbe. Lesen Sie den folgenden Abschnitt, um etwas über die elementaren Inhaltsstoffe des Baumes vor Ihrem Fenster und Ihres eigenen Körper zu lernen.

Denken Sie für einen Moment an einen einfachen Apfel. Sie werden keine Probleme damit haben, sich sein Aussehen, seine Größe oder auch sein Verhalten in Ihrer Hand oder am Baum im Wind vorzustellen. Auch wenn wir nicht darüber nachdenken ist dies typischer Weise so einfach, weil ein Apfel die gleiche Größenordnung hat, wie die Welt, mit der wir interagieren. Genauso einfach ist es, sich zum Beispiel einen Computer oder einen anderen Menschen vorzustellen. Sehr viel schwieriger ist es hingegen, sich ein einzelnes Sandkorn oder die unendlichen Hänge und Täler des Himalayas im Vergleich zur eigenen Größe zu verdeutlichen. Das ist der Grund, aus dem es uns so schwer fällt, die Größe des Universums oder beispielsweise eines einzelnen Atoms zu erfassen.

Der typische Radius eines Atoms ist ungefähr 10^-10 m, das ist eine Million-Milliarde mal kleiner, als die Längenskala, die uns im täglichen Leben umgibt. Dem gegenüber ist unsere Galaxie, die Milchstraße, 10²⁰ m groß, also mehr als eine Milliarde-Milliarde mal größer, als wir selber. Diese gigantischen Unterschiede machen es uns so schwer, die Konzepte und die Funktion solcher Objekte zu erfassen. Bei dem Versuch, unser Wissen über die Objekte zu steigern, erfordert der enorme Größenunterschied komplizierte Instrumente zur Untersuchung von Eigenschaften und Funktionen. Atome können mit Rastertunnel-Mikroskopen sichtbar und sogar einzeln zu einem Muster zusammengesetzt werden. Bei aller Eleganz solcher Instrumente ist das Konzept der Beobachtung und Manipulation vergleichbar mit dem Versuch ein Haus aus Legosteinen zu bauen, während man an beiden Händen Boxhandschuhe trägt. Auf der anderen Seite machen die unfassbaren Abstände von vielen Milliarden Lichtjahren zu unseren benachbarten Galaxien die Beobachtung und die Interpretation des Gesehenen zu einer echten Herausforderung.
Um die Arbeit mit solchen sehr kleinen und sehr großen Zahlen ein kleines bisschen zu erleichtern, haben wir die unten aufgeführte Konvention für die verschiedenen Größenordnungen eingeführt. Wellenlängen werden beispielsweise oft in Nanometer und der Abstand zwischen astronomischen Objekten in Megaparsecs angegeben.

Name	Wert	Präfix	Symbol
Billion	1.000.000.000.000	Tera	T
Milliarde	1.000.000.000	Giga	G
Million	1.000.000	Mega	M
Tausend	1.000	Kilo	k
Hundert	100	Hecto	h
Zehn	10	Deka	da
Einheit	1
Zehntel	0,1	Deci	d
Hundertstel	0,01	Centi	c
Tausendstel	0,001	Milli	m
Millionstel	0,000 001	Micro	µ
Milliardstel	0,000 000 001	Nano	n
Billionstel	0,000 000 000 001	Pico	p

Sie mögen denken, dass auf so unterschiedlichen Skalen keine Verbindung zwischen Atomen und Galaxien bestehen kann. Im Gegenteil, Wissenschaftler haben kürzlich herausgefunden, dass das Verständnis vom Verhalten von Galaxien nicht ohne ein genaues Verständnis seiner atomaren und sogar subatomaren Zusammenstellung möglich ist. Wie wir in späteren Abschnitten feststellen werden, dehnt sich die Kernphysik aus über den unfassbar breiten Bereich von kleinsten Atombausteinen bis hin zu Sternen und den so wichtigen Prozessen in der stellaren Nukleosynthese.
Gehen wir nun einen Schritt weiter und betrachten die Materie etwas genauer, aus der alles um uns herum besteht. >