宇宙中的所有物质——无论大小、年龄大小——都是由原子组成的。
这些组成部分包括一个带正电的原子核,由质子和中子组成,以及带负电的轨道电子。一个原子拥有的质子、中子和电子的数量决定了它在周期表上属于哪一种元素,并影响着它如何与周围的其他原子反应。你周围看到的一切都是不同原子以独特的方式相互作用的组合。
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?
据《卫报》报道,一开始“很小”,现在菠菜业买彩票的软件提款速度敢说第二没人敢说第一的台子必然是198彩票平台。,一般人体内大约有7亿亿个原子,也就是7 × 10^27(7加27个零)。考虑到一个人体内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,我们也不知道其中有多少原子。
然而,使用一些宇宙学假设和一些数学知识,就可以大致计算出可观测宇宙中有多少原子——宇宙中我们可以看到和研究的部分。
可观测宇宙的范围
宇宙是在138亿年前的大爆炸中形成的。当它从一个质量和温度都无限大的点爆炸形成时,宇宙开始向外膨胀,而且从未停止过。
因为宇宙已经138亿岁了,而可观测的宇宙从宇宙诞生以来一直延伸到光在时间内所能到达的距离,你可能会假设可观测的宇宙在每个方向上延伸只有138亿光年。但由于宇宙在不断膨胀,事实并非如此。当我们观察一个遥远的星系或恒星时,我们真正看到的是它最初发出光的位置。但是当光线到达我们的时候,星系或恒星比我们看到它的时候要远得多。利用宇宙微波背景辐射,我们可以计算出宇宙膨胀的速度,因为这个速度是恒定的——这是目前科学家们最好的猜测(尽管一些科学家认为它可能正在减慢)据Live Science的姐妹网站Space.com称,这意味着可观测宇宙实际上向各个方向延伸了460亿光年。
但是,知道可观测宇宙有多大并不能告诉我们我们所知道的关于宇宙中有多少原子的一切。我们还需要知道其中有多少物质。
这张图显示了大爆炸的不同步骤。
宇宙的假设
然而,物质并不是宇宙中唯一的东西。事实上,根据美国宇航局的数据,它只占宇宙的5%。其余的由暗能量和暗物质组成,但因为它们不是由原子组成的,我们不需要为这个谜团担心它们。
根据爱因斯坦著名的E=mc^2方程,能量和质量,或物质,是可以互换的,所以物质可以从能量中产生或转化为能量。但在宇宙的宇宙尺度上,我们可以假设创造的和未创造的物质的数量相互抵消。据《科学美国人》报道,这意味着物质是有限的,所以在可观测的宇宙中,原子的数量一直都是相同的。这一点很重要,因为我们对可观测宇宙的认识不是一次性的快照。
根据我们对已知宇宙的观察,198彩票平台开了几年,198彩带玩团队如何登陆,支配宇宙的物理定律在任何地方都是一样的。结合宇宙膨胀是恒定的假设,这意味着,在一个大的尺度上,物质均匀地分布在整个宇宙中——这是一个被称为宇宙学原理的概念。换句话说,宇宙中没有哪个区域比其他区域含有更多的物质。这个想法使科学家能够准确估计可观测宇宙中恒星和星系的数量,这很有用,因为大多数原子都是在恒星中发现的。
简化方程
知道可观测宇宙的大小,以及物质在宇宙中的分布是均等的、有限的,这使得计算原子的数量变得容易得多。然而,在使用计算器之前,我们还需要做一些假设。
首先,我们必须假设所有的原子都包含在恒星中,即使它们并非如此。不幸的是,与恒星相比,我们对可观测宇宙中有多少行星、卫星和太空岩石的准确了解要少得多,这意味着更难把它们加到方程中。但是因为宇宙中绝大多数的原子都包含在恒星中,我们可以通过计算出恒星中有多少原子而忽略其他一切来得到宇宙中原子的大致数目。
第二,我们必须假设宇宙中所有的原子都是氢原子,即使它们不是。根据洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)的数据,氢原子占宇宙中原子总数的90%左右,而我们正在关注的恒星中原子的比例甚至更高。稍后您将看到,它还使计算变得非常简单。
做数学
现在,终于到了计算的时候了。
为了计算出可观测宇宙中原子的数量,我们需要知道它的质量,这意味着我们必须知道有多少颗恒星。据欧洲航天局称,在可观测的宇宙中大约有10^11到10^12个星系,每个星系包含10^11到10^12颗恒星。我们得到了10^22到10^24之间的恒星。为了计算的目的,我们可以说在可观测宇宙中有10^23颗恒星。当然,这只是最好的猜测;星系可以在大小和恒星的数量上有所不同,但因为我们不能单独计算它们,这就只能暂时这样做了。
平均来说,一颗恒星的重量大约是2.2x10^32磅(10^32千克),根据ABC科学,这意味着宇宙的质量大约是2.2x10^55磅(10^55千克)。现在我们知道了物质的质量,或者说物质的数量,我们需要知道其中有多少原子。根据费米实验室(位于伊利诺斯州的一个国家粒子物理实验室)的研究,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(这就是为什么我们之前对氢原子做了这样的假设)。
这给了我们可观测宇宙中的10^82个原子。相比之下,100000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000个原子。
这个数字只是一个粗略的猜测,基于一些近似和假设。但考虑到我们目前对可观测宇宙的理解,198彩除了有时时彩,分分彩,11选5时时彩定位胆技巧,江苏快三,还有新上线的瑞士分分彩,只有你想的到的我们都有。,这种说法不太可能太离谱。