Сколько атомов во Вселенной?

Между нами может быть много различий; разные классы, верования, страны, занятия и даже вкусы, но у всех нас есть одна общая черта — это наша микроскопическая схема… мы все сделаны из атомов. Это не просто распространено среди других людей; скорее, это относится ко всем существующим формам материи, от бактерий и бабочек до львов, континентов и даже колоссальных звезд.

Все, что имеет массу, представляет собой расположение атомов, поскольку они являются строительными блоками материи. Число атомов в наблюдаемой Вселенной конечно, поэтому атомы постоянно меняют свое расположение, образуя новые объекты.Если они конечны, то мы можем вычислить общее количество атомов во Вселенной или, по крайней мере, получить приблизительную цифру. Однако для этого нам нужно понять происхождение материи и самой Вселенной.

Рекомендуемое видео для вас:

Если вы хотите купить/лицензировать это видео, напишите нам по адресу admin@scienceabc.com.

Большой взрыв

Вселенная чрезвычайно обширна, но, согласно теории Большого Взрыва, она расширилась из бесконечно малой точки. Этот вывод был сделан путем обратной экстраполяции наблюдаемого расширения Вселенной во времени с использованием общей теории относительности. Эта экстраполяция возвращает нас к бесконечно малой точке, где существуют бесконечные плотность и температура, где не может существовать никакая форма материи.

Космическая временная шкала (Фото: VectorMine/Shutterstock)

Этот Большой взрыв восходит к конечному времени — 13,8 миллиарда лет назад, известному возрасту нашей Вселенной. Первыми образовавшимися атомами были водород и гелий, которые начали формироваться примерно через 380 000 лет после Большого взрыва. Есть некоторые физические барьеры, которые ограничивают наше представление о Вселенной. А именно, мы можем наблюдать части Вселенной только из областей, где электромагнитное излучение успело достичь нашей Солнечной системы. Таким образом, мы не знаем, что находится за горизонтом наблюдаемой Вселенной, поэтому, когда мы вычисляем количество атомов, наше предположение основывается на наблюдаемой Вселенной, а не на весье вселенная.

Наблюдаемая Вселенная (Фото: VectorMine/Shutterstock)

Космологический принцип

Еще одна вещь, которую следует учитывать, — это плотность и распределение материи во Вселенной. Согласно космологическому принципу, Вселенная однородна и изотропна, если рассматривать ее в крупном масштабе. Это означает, что физические законы действуют одинаково во Вселенной в целом и не должны иметь каких-либо наблюдаемых нарушений в крупномасштабных структурах. Это справедливо и для материи, которая равномерно распределена по Вселенной.Это помогает оценить среднее количество галактик и звезд во Вселенной. Этот принцип также утверждает, что более тяжелые элементы не были произведены Большим взрывом, а позже образовались в гигантских звездах. Проще говоря, Вселенная выглядит одинаково для каждого наблюдателя, откуда бы на нее ни смотрели; плотность вещества одинакова в больших масштабах.

Количество атомов в наблюдаемой Вселенной

Для целей этого расчета мы предположим, что Вселенная состоит только из атомов водорода. Это даст нам единообразие для облегчения расчета. Мы начнем с подсчета количества атомов водорода в нашем Солнце. Масса Солнца 2,011×10 33 г. Средняя атомная масса атома водорода составляет 1,008 а.е.м. Чтобы получить количество атомов на Солнце, нам нужно разделить массу Солнца на молярную массу атома водорода и умножить ее на число Авогадро. число Авогадро — количество элементарных частиц, таких как молекулы, атомы, соединения и т. д., приходящиеся на один моль вещества; это даст нам число атомов.

Предположение, что Вселенная состоит только из атомов водорода, упрощает расчет, так что каждый атом имеет только один протон. (Фото предоставлено: general-fmv/Shutterstock)

Число атомов на Солнце составляет 1,201×10 57 . Мы знаем, что в нашей галактике Млечный Путь примерно 10 11 звезд. Таким образом, число атомов в нашей галактике составляет 1,201×10 68, если число звезд умножить на число атомов на Солнце. Что касается наблюдаемой Вселенной, мы знаем, что существует примерно 10 11 галактик. Мы найдем количество атомов во Вселенной, умножив количество атомов в нашей галактике на количество галактик во Вселенной. Тогда общее число атомов во Вселенной составит… 10 78 ! Другой способ сделать это вычисление — вычислить массу Вселенной.Мы знаем, что в среднем в наблюдаемой Вселенной насчитывается около 400 миллиардов галактик, что составляет около 1,2 x 10 23 звезд или более 100 секстиллионов. В среднем звезда весит около 10 35 граммов, что составляет общую массу Вселенной 1058 или 1,2 х 10 52 метрических тонны. Каждый грамм вещества содержит около 10 24 протонов, что то же самое, если предположить, что все атомы являются водородом, поскольку атом водорода содержит только один протон. Тогда общее число атомов водорода составит 10 86 или сто тысяч квадриллионов вигинтиллонов. Эти грубые расчеты варьируются от 10 78 до 10 86 . С точки зрения непрофессионала, это около десяти квадриллионов вигинтиллонов и ста тысяч квадриллионов вигинтиллонов атомов. А еще лучше, это будет выглядеть как 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 атомов… действительно много нулей!

Материя состоит только из 4,9% наблюдаемой Вселенной. (Фото: Марсель Дрекслер/Shutterstock)

Несмотря на то, что такое количество атомов кажется большим, материя составляет всего 4,9% наблюдаемой Вселенной. Остальное состоит из 68,3% темной энергии и 26,8% темной материи. Также постулируется, что темная энергия и темная материя равномерно распределены или организованы в виде сгустков, как и обычная материя, по всей Вселенной. Их свойства в значительной степени неизвестны, но все согласны с тем, что они способствуют расширению Вселенной. Мы должны отметить, что это грубые оценки, основанные на многих общих предположениях. По мере дальнейшего развития науки мы будем изобретать еще лучшие способы делать более точные оценки, а именно путем моделирования Вселенной на компьютерах. В любом случае атомы будут продолжать трансформироваться в различные устройства других вещей, точно так же, как атомы, которые когда-то были в звезде, теперь составляют нас с вами. Имея все это в виду, будет трудно когда-либо забыть, что вы сделаны из звездного материала!