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宇宙中有多少个原子?

在任何情况下,原子将继续转变成其他事物的不同排列,就像曾经存在于恒星中的原子现在形成了你和我一样。记住这些,你很难忘记你是由恒星物质组成的!
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我们之间可能有很多不同,不同阶级,不同信仰,不同国家,不同职业,甚至不同品味,但我们都有一个共同点,那就是我们的微观蓝图……我们都是由原子组成的。这不仅在人类同胞之间共享;相反,这适用于所有现存的物质,从细菌、蝴蝶到狮子、大陆甚至巨星。

所有有质量的东西都是由原子组成的,因为它们是物质的组成部分。在可观测的宇宙中,原子的数量是有限的,因此原子不断地改变它们的排列,以形成新的东西。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,或者至少得到一个大概的数字。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

宇宙是一个非常广阔的地方,但根据大爆炸理论,它是从一个无限小的点膨胀而来的。这个结论是用广义相对论从可观测到的宇宙随时间的膨胀向后推来得出的。这个推论导致回到一个无穷小的点,无穷大的密度和无穷大的温度,在那里不可能存在任何形式的物质。

宇宙中有多少个原子?

宇宙的时间轴(图片:VectorMine/ Shutterstock)

大爆炸可以追溯到一个有限的时间——138亿年前,这是我们宇宙的已知年龄。最早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。

物理上的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太阳系的区域观察宇宙的一部分。因此,我们不知道在可观测宇宙的事件视界之外是什么,所以当我们计算原子数量时,我们的假设是基于可观测宇宙,而不是宇宙。

宇宙中有多少个原子?

可观察宇宙(图片:VectorMine/Shutterstock)

宇宙学原理

另一件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,宇宙在大尺度上是均匀的和各向同性的。这意味着物理定律在整个宇宙中是均匀运行的,在大尺度结构中不应该有任何可观察到的不规则现象。这也适用于均匀分布在宇宙中的物质。这有助于计算宇宙中星系和恒星的平均数量。该原理还指出,较重的元素不是在大爆炸中产生的,而是在后来的巨星中形成的。

简单地说,宇宙在任何地方对每个观察者来说都是一样的。物质的密度在大尺度上是相同的。

在可观测宇宙中原子的数量

为了便于计算,我们假定宇宙只由氢原子组成。这将使我们易于计算的一致性。我们从计算太阳中氢原子的数量开始。太阳的质量是2.011 x 1033克。氢原子的平均原子质量为1.008 amu。要得到太阳中原子的数量,我们需要用太阳的质量除以氢的摩尔质量,再乘以阿伏伽德罗数。阿伏伽德罗数是基本粒子的数目,如分子、原子、化合物等每摩尔物质,这将给我们原子的数目。

 

宇宙中有多少个原子?

假设宇宙只由氢原子组成简化了计算,因此每个原子只有一个质子。(图片:General-FMV /在上面)

太阳的原子数是1.201×1057。我们知道在我们的银河系中大约有10到11颗恒星。所以当恒星的数量乘以太阳的原子数量,我们银河系的原子数量达到1.201×1068。

在可观测的宇宙中,我们知道大约有10个和11个星系。我们将通过把银河系的原子数乘以宇宙中星系的数量来计算宇宙中原子的数量。那么,宇宙中原子的总数是…1078年!

另一种计算方法是计算宇宙的质量。我们知道,平均而言,在可观测的宇宙中大约有4000亿个星系,大约是1.2 x 1023颗恒星或100多个六分仪。平均而言,一颗恒星的重量约为1035克,这意味着宇宙的总质量为1058或1.2 x 1052吨。每克物质包含大约1024个质子,如果我们假设所有的原子都是氢原子,这是相同的,因为一个氢原子只包含一个质子。那么,氢原子的总数将是1086或者10万亿万亿。

这些粗略的计算范围从1078到1086。用外行的话来说,那大约是10万亿维金锡安原子和10万亿维金锡安原子。甚至更好,它看起来像10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 0确实!

 

宇宙中有多少个原子?

物质只占可观测宇宙的4.9%。(摄影:Marcel Drechsler/ Shutterstock)

虽然原子的数量似乎很高,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认为是均匀分布或组织成块状,遍及整个宇宙,就像普通物质一样。它们的性质在很大程度上是未知的,但人们一致认为它们促进了宇宙的膨胀。

我们必须指出,这些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,通过计算机模拟宇宙来作出更准确的估计。

在任何情况下,原子将继续转变成其他事物的不同排列,就像曾经存在于恒星中的原子现在形成了你和我一样。记住这些,你很难忘记你是由恒星物质组成的!

本文由奇点天文作者上传并发布,奇点天文仅提供文章投稿展示,文章仅代表作者个人观点,不代表奇点天文立场。

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