Κάθε ύλη στο σύμπαν – ανεξάρτητα από το πόσο μεγάλη ή μικρή ή μικρή ή μεγάλη – αποτελείται από άτομα.
Κάθε ένα από αυτά τα δομικά στοιχεία αποτελείται από έναν θετικά φορτισμένο πυρήνα, αποτελούμενο από πρωτόνια και νετρόνια, και αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια γύρω από αυτά. Ο αριθμός των πρωτονίων, των νετρονίων και των ηλεκτρονίων ενός ατόμου καθορίζει σε ποιο στοιχείο ανήκει Περιοδικός Πίνακας Επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο αλληλεπιδρά με άλλα άτομα γύρω του. Το μόνο που βλέπετε γύρω σας είναι απλώς μια σύνθεση διαφορετικών ατόμων που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με μοναδικούς τρόπους.
Έτσι, αν όλα είναι φτιαγμένα από άτομα, γνωρίζουμε πόσα άτομα υπάρχουν στο σύμπαν;
Σχετιζομαι με: Γιατί το διάστημα φαίνεται μαύρο;
Για να ξεκινήσετε το “μικρό”, υπάρχουν περίπου 7 οκτίλια, ή 7 x 10 ^ 27 (7 ακολουθούμενα από 27 μηδενικά), άτομα στο μέσο ανθρώπινο σώμα, σύμφωνα με Φρουρός. Δεδομένης αυτής της τεράστιας ποσότητας ατόμων σε ένα μόνο άτομο, θα νομίζατε ότι θα ήταν αδύνατο να προσδιορίσετε τον αριθμό των ατόμων σε ολόκληρο το σύμπαν. Και θα έχετε δίκιο: αφού δεν έχουμε ιδέα πόσο μεγάλο είναι ολόκληρο το σύμπαν, δεν μπορούμε να γνωρίζουμε πόσα άτομα βρίσκονται μέσα.
Ωστόσο, είναι δυνατόν να υπολογίσουμε περίπου τον αριθμό ατόμων σε Μπορεί να παρατηρηθεί Το σύμπαν – το μέρος του σύμπαντος που μπορούμε να δούμε και να μελετήσουμε – χρησιμοποιώντας μερικές κοσμολογικές υποθέσεις και λίγο μαθηματικά.
ορατό σύμπαν
Το σύμπαν δημιουργήθηκε κατά τη διάρκεια η μεγάλη έκρηξη 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Όταν το σύμπαν εξερράγη από ένα σημείο άπειρης μάζας και θερμοκρασίας, το σύμπαν άρχισε να επεκτείνεται προς τα έξω και από τότε δεν έχει σταματήσει.
Δεδομένου ότι το σύμπαν είναι 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια και το παρατηρήσιμο σύμπαν εκτείνεται τόσο μακριά από εμάς όσο το φως μπορεί να ταξιδέψει στο χρόνο από τη γέννηση του σύμπαντος, ίσως υποθέσετε ότι το παρατηρήσιμο σύμπαν εκτείνεται μόνο 13,8 δισεκατομμύρια έτη φωτός σε κάθε κατεύθυνση. Αλλά επειδή το σύμπαν επεκτείνεται συνεχώς, αυτό δεν συμβαίνει. Όταν παρατηρούμε μια απόσταση γαλαξίας Ή ένα αστέρι, αυτό που πραγματικά βλέπουμε είναι που ήταν όταν εκπέμπεται για πρώτη φορά το φως. Αλλά όταν φτάσει το φως, ο γαλαξίας ή το αστέρι είναι πολύ πιο μακριά από ότι ήταν όταν το είδαμε. Χρησιμοποιώντας την κοσμική ακτινοβολία φόντου μικροκυμάτων, μπορούμε να υπολογίσουμε πόσο γρήγορα επεκτείνεται το σύμπαν και επειδή αυτός ο ρυθμός είναι σταθερός – η καλύτερη εικασία των επιστημόνων (αν και ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν ότι μπορεί να επιβραδύνεται) – αυτό σημαίνει ότι το παρατηρήσιμο σύμπαν πραγματικά εκτείνεται 46 δισεκατομμύρια έτη φωτός στο Trends, σύμφωνα με την αδελφή ιστοσελίδα Live Science Space.com.
Αλλά γνωρίζοντας το μέγεθος του παρατηρήσιμου σύμπαντος δεν μας λέει όλα όσα γνωρίζουμε για τον αριθμό των ατόμων σε αυτό. Πρέπει επίσης να γνωρίζουμε πόση ουσία ή πράγματα υπάρχουν σε αυτήν.
κοσμικές υποθέσεις
Αλλά η ύλη δεν είναι το μόνο πράγμα στο σύμπαν. Στην πραγματικότητα, αποτελεί μόνο το 5% του σύμπαντος, σύμφωνα με ΝΑΣΑ. Τα υπόλοιπα αποτελούνται από σκοτεινή ενέργεια Και το σκοτεινή ύληΑλλά επειδή δεν είναι φτιαγμένο από άτομα, δεν χρειάζεται να το ανησυχείτε λόγω αυτού του παζλ.
Σχετιζομαι με: Τι συμβαίνει στον διαγαλαξιακό χώρο;
σε μένα Αϊνστάιν Η περίφημη εξίσωση E = mc ^ 2, η ενέργεια και η μάζα, ή η ύλη, είναι εναλλάξιμα, επομένως είναι δυνατόν να δημιουργηθεί η ύλη ή να μετατραπεί σε ενέργεια. αλλά συνεχίστηκε κοσμικός Το μέγεθος του σύμπαντος, μπορούμε να υποθέσουμε ότι η ποσότητα της δημιουργημένης και της μη επεξεργασμένης ύλης ακυρώνει το ένα το άλλο. Αυτό σημαίνει ότι η ύλη είναι πεπερασμένη, οπότε υπάρχει ο ίδιος αριθμός ατόμων στο ορατό σύμπαν όπως πάντα, σύμφωνα με Επιστημονικός Αμερικανός. Αυτό είναι σημαντικό επειδή η εικόνα μας για το παρατηρήσιμο σύμπαν δεν είναι ένα μόνο στιγμιότυπο στο χρόνο.
Σύμφωνα με τις παρατηρήσεις μας για το γνωστό σύμπαν, οι φυσικοί νόμοι που το διέπουν είναι οι ίδιοι παντού. Σε συνδυασμό με την υπόθεση ότι η επέκταση του σύμπαντος είναι σταθερή, αυτό σημαίνει ότι σε μεγάλη κλίμακα, η ύλη κατανέμεται ομοιόμορφα σε όλο το σύμπαν – μια έννοια γνωστή ως η κοσμολογική αρχή. Με άλλα λόγια, δεν υπάρχουν περιοχές στο σύμπαν που περιέχουν περισσότερη ύλη από άλλες. Αυτή η ιδέα επιτρέπει στους επιστήμονες να εκτιμήσουν με ακρίβεια τον αριθμό των αστεριών και των γαλαξιών στο παρατηρήσιμο σύμπαν, κάτι που είναι χρήσιμο επειδή τα περισσότερα άτομα βρίσκονται μέσα στα αστέρια.
απλοποιήστε την εξίσωση
Γνωρίζοντας το μέγεθος του παρατηρήσιμου σύμπαντος και ότι η ύλη κατανέμεται ομοιόμορφα και τελείως, καθιστά πολύ πιο εύκολο να μετράμε τον αριθμό των ατόμων. Ωστόσο, υπάρχουν μερικές υποθέσεις που πρέπει να κάνουμε προτού δημοσιεύσουμε την αριθμομηχανή.
Πρώτον, πρέπει να υποθέσουμε ότι όλα τα άτομα είναι μέσα σε αστέρια, παρόλο που δεν είναι. Δυστυχώς, έχουμε μια λιγότερο ακριβή ιδέα του αριθμού των πλανητών, των φεγγαριών και των διαστημικών πετρωμάτων στο παρατηρήσιμο σύμπαν από τα αστέρια, πράγμα που σημαίνει ότι είναι δύσκολο να προστεθεί στην εξίσωση. Αλλά επειδή η συντριπτική πλειονότητα των ατόμων στο σύμπαν περιέχεται μέσα σε αστέρια, μπορούμε να έχουμε μια καλή προσέγγιση του αριθμού των ατόμων στο σύμπαν γνωρίζοντας απλώς πόσα άτομα υπάρχουν στα αστέρια και αγνοώντας τα υπόλοιπα.
Δεύτερον, πρέπει να υποθέσουμε ότι υπάρχουν όλα τα άτομα του σύμπαντος υδρογόνο άτομα, αν και δεν είναι. Τα άτομα υδρογόνου αποτελούν περίπου το 90% των συνολικών ατόμων στο σύμπαν, σύμφωνα με Εθνικό Εργαστήριο Los Alamos, και ένα υψηλότερο ποσοστό των ατόμων των αστεριών στα οποία εστιάζουμε. Όπως θα δείτε σύντομα, κάνει τους υπολογισμούς πολύ πιο απλούς.
κάνετε υπολογισμούς
Τώρα, ήρθε η ώρα να κάνετε τα μαθηματικά.
Για να υπολογίσουμε τον αριθμό των ατόμων στο παρατηρήσιμο σύμπαν, πρέπει να γνωρίζουμε τη μάζα του, που σημαίνει ότι πρέπει να γνωρίζουμε πόσα αστέρια υπάρχουν. Υπάρχουν περίπου 10 ^ 11 έως 10 ^ 12 γαλαξίες στο παρατηρήσιμο σύμπαν και κάθε γαλαξίας περιέχει μεταξύ 10 ^ 11 και 10 ^ 12 αστέρια, σύμφωνα με Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος. Αυτό μας δίνει μεταξύ 10 ^ 22 και 10 ^ 24 αστέρια. Για τους σκοπούς αυτού του υπολογισμού, μπορούμε να πούμε ότι υπάρχουν 10 ^ 23 αστέρια στο παρατηρήσιμο σύμπαν. Φυσικά, αυτή είναι η καλύτερη εικασία. Οι γαλαξίες μπορεί να διαφέρουν σε μέγεθος και αριθμό αστεριών, αλλά επειδή δεν μπορούμε να τα μετρήσουμε μεμονωμένα, θα πρέπει να το κάνουμε προς το παρόν.
Κατά μέσο όρο, ένα αστέρι ζυγίζει περίπου 2,2 x 10 ^ 32 λίβρες (10 ^ 32 kg), σύμφωνα με το Επιστήμη ABC, που σημαίνει ότι η μάζα του σύμπαντος είναι περίπου 2,2 x 10 ^ 55 λίβρες (10 ^ 55 kg). Τώρα που γνωρίζουμε τη μάζα ή την ποσότητα μιας ουσίας, πρέπει να γνωρίζουμε πόσα άτομα έχει. Κατά μέσο όρο, κάθε γραμμάριο ύλης περιέχει περίπου 10 ^ 24 πρωτόνια, σύμφωνα με ΦερμιλάμπΕθνικό Εργαστήριο Φυσικής Σωματιδίων στο Ιλλινόις. Αυτό σημαίνει ότι είναι ο ίδιος αριθμός ατόμων υδρογόνου, επειδή κάθε άτομο υδρογόνου περιέχει μόνο ένα πρωτόνιο (γι ‘αυτό κάναμε μια προηγούμενη υπόθεση για τα άτομα υδρογόνου).
Αυτό μας δίνει 10 ^ 82 άτομα στο παρατηρήσιμο σύμπαν. Για να το θέσουμε αυτό στο πλαίσιο, αυτό είναι 100.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 άτομα.
Αυτός ο αριθμός είναι μόνο μια πρόχειρη εικασία, βασισμένη σε έναν αριθμό εκτιμήσεων και υποθέσεων. Ωστόσο, δεδομένης της τρέχουσας κατανόησης του παρατηρήσιμου σύμπαντος, είναι απίθανο να απέχει πολύ από την πραγματικότητα.
Αρχικά δημοσιεύθηκε στο Live Science.
“Ερασιτέχνης διοργανωτής. Εξαιρετικά ταπεινός web maven. Ειδικός κοινωνικών μέσων Wannabe. Δημιουργός. Thinker.”