在宇宙中的所有有质量的物质无论大小、形状、颜色都是由原子组成的。每一个原子都由带正电的原子核(由质子和中子组成)和带负电的轨道电子组成。一个原子的质子、中子和电子的数量决定了它在元素周期表中属于哪个元素,并影响它与周围其他原子的反应。你在你周围看到的一切只是不同原子以独特方式相互作用的一种配置。
那么,如果一切都是由原子构成的,我们知道宇宙中有多少原子吗?
病毒最小的生命体了,普通病毒外壳约500万个原子构成,而整个病毒不少于1亿个原子。一个普通人体内大约有7x10^27(7 个后跟 27 个零)原子。考虑到一个人身上的原子数量如此之多,你可能会认为不可能确定整个宇宙中有多少原子。你是对的:因为我们不知道整个宇宙到底有多大,所以我们无法找出其中有多少原子。
然而,我们可以通过宇宙学假说和科学计算来粗略算出可观测宇宙(我们可以看到和研究的宇宙部分)中有多少原子。
宇宙是在138 亿年前的大爆炸期间创造的。当它爆炸存在时,从一个无限质量和无限温度的点开始,宇宙开始向外膨胀,此后一直没有停止。 但因为宇宙在不断膨胀,我们观察遥远的星系或恒星在它第一次发出光时的位置,光线到达我们这里时,星系或恒星比我们看到它时要远得多。使用宇宙微波背景辐射,我们可以计算出宇宙膨胀的速度,并且因为这个速度是恒定的,目前科学家最好的猜测,可观测到的宇宙大小实际上在各个方向上延伸了 460 亿光年。
为了计算可观测宇宙中的原子数量,我们需要知道它的质量,这意味着我们必须找出有多少颗恒星。根据欧洲航天局的数据,可观测宇宙中大约有一千亿到一万亿个星系,每个星系包含一千亿到一万亿个恒星,可以说在可观测的宇宙中有 1千万亿亿颗恒星。
一颗恒星的平均重量约为 2.2x10^32 磅(10^32 千克),这意味着宇宙的质量约为 2.2x10^55 磅(10^55 千克)。既然我们知道了物质的质量或数量,我们需要看看有多少原子可以放入其中。平均每克物质大约有 10^24 个质子。这意味着它与氢原子的数量相同,因为每个氢原子只有一个质子。这为我们提供了可观测宇宙中的 10^82(10后跟82个零)个原子。
这个数字只是一个粗略的猜测,基于一些近似值和假设。但鉴于我们目前对可观测宇宙的理解,这不太可能太离谱。
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