宇宙中有多少原子?

我们之间可能有许多分歧；不同的阶级、信仰、国家、职业甚至品味，但我们所有人都有一个共同点，那就是我们微观上的蓝图……我们都是由原子构成的。这不仅仅是人类共享的;相反，存在的任何物质形式都是如此，从细菌、蝴蝶到狮子、大陆甚至巨大的恒星。

任何有质量的东西都是原子的排列，因为它们是物质的基石。在可观测的宇宙中，原子的数量是有限的，因此原子不断改变它们的排列，形成新的事物。如果它们是有限的，那么我们就可以计算出宇宙中原子的总数，或者至少得出一个大概的数字。然而，要做到这一点，我们需要了解物质的起源和宇宙本身。

宇宙大爆炸

宇宙是一个极其广阔的地方，但根据大爆炸理论，它是从一个无限小的点开始膨胀的。这个结论是用广义相对论对可观测到的宇宙通过时间的膨胀进行反向外推得出的。这种外推会导致一个无限小的点，那里有无限大的密度和温度，那里不可能存在任何形式的物质。

这次大爆炸可以追溯到一个有限的时间——138亿年前，我们已知的宇宙的年龄。第一个形成的原子是氢和氦，它们在宇宙大爆炸38万年后开始形成。

有些物理障碍限制了我们对宇宙的看法。也就是说，我们只能从电磁辐射有时间到达我们太阳系的地方观察宇宙的部分。因此，我们不知道在可观测宇宙的视界之外有什么，所以当我们计算原子的数量时，我们的假设是基于可观测宇宙，而不是整个宇宙。

宇宙学原理
另一件需要考虑的事情是宇宙中物质的密度和分布。根据宇宙学原理，当在大尺度上观察宇宙时，宇宙是均匀和各向同性的。这意味着物理定律作为一个整体均匀地作用于整个宇宙，在大尺度结构中不应该有任何可观察到的不规则性。这也适用于物质，它们均匀分布在整个宇宙中。这有助于估计宇宙中星系和恒星的平均数量。这一原理还指出，较重的元素不是大爆炸产生的，而是后来在巨星中形成的。

简单地说，宇宙在任何地方的观察者看来都是一样的;物质密度在大尺度上是相同的。

可观测宇宙中原子的数量

为了进行计算，我们假定宇宙只由氢原子组成。为了便于计算，这将使我们得到均匀性。我们将从计算太阳中氢原子的数目开始。太阳的质量是2.011×10^33 g。氢原子的平均原子质量是1.008 amu。要得到太阳上的原子数，我们需要用太阳的质量除以氢原子的摩尔质量，再乘以阿伏伽德罗常数。阿伏伽德罗数是基本粒子的数量，如分子、原子、化合物等，每摩尔物质;这将给出原子的数目。

太阳的原子数为1.201×10^57。我们知道在我们的银河系中大约有10^11颗恒星。因此，当恒星的数量乘以太阳的原子数量时，我们银河系中的原子数量为1.201×10^68。

对于可观测的宇宙，我们知道大约有10^11个星系。我们将把银河系中的原子数乘以宇宙中的星系数，从而得到宇宙中的原子数。那么整个宇宙的原子总数将达到……10^78个!

另一种计算方法是计算宇宙的质量。我们知道在可观测的宇宙中平均大约有4000亿个星系，大约有1.2 × 10^23颗恒星，也就是超过1000的10的10次方颗。平均而言，一颗恒星的重量约为10^35克，这使得宇宙的总质量为10^58或1.2 x 10^52吨。每克物质包含大约10^24个质子，如果我们假设所有的原子都是氢，这是一样的，因为一个氢原子只包含一个质子。氢原子的总数将达到10^86，也就是10万亿亿亿。

这些粗略计算范围从10^78到10^86。用外行人的话来说，这大约是十万亿亿倍原子和十万亿亿倍原子。更好的是,它就像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原子…确实很多零的!

尽管原子数量看起来很多，但物质只占可观测宇宙的4.9%。其余部分由68.3%的暗能量和26.8%的暗物质组成。暗能量和暗物质也被假设成均匀分布或聚集在一起，就像普通物质一样，遍布整个宇宙。它们的性质在很大程度上是未知的，但人们一致认为它们有助于宇宙的膨胀。

我们必须注意到，这些都是基于许多广泛假设的粗略估计。随着科学的进一步发展，我们将设计出更好的方法来进行更精确的估计，即在计算机中模拟宇宙。

无论如何，原子会不断转变成其他事物的不同排列方式，就像星星上的原子现在组成了你和我一样。考虑到这一切，将很难想象你是由恒星组成的!

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