Všetka hmota vo vesmíre – bez ohľadu na to, aký veľký, malý, mladý alebo starý – sa z nej skladá atómy.
Každý z týchto stavebných blokov pozostáva z kladne nabitého jadra zloženého z protónov a neutrónov a záporne nabitých elektrónov obiehajúcich okolo nich. Počet protónov, neutrónov a elektrónov atómu určuje, ku ktorému prvku patrí. periodická tabuľka A ovplyvňuje to, ako reaguje s ostatnými atómami v jeho okolí. Všetko, čo okolo seba vidíte, je konfigurácia jednotlivých atómov, ktoré navzájom jedinečným spôsobom interagujú.
Takže ak je všetko vyrobené z atómov, vieme, koľko atómov je vo vesmíre?
súvisiace: Prečo vesmír vyzerá čierno?
Na začiatok „malý“, priemerné ľudské telo obsahuje asi 7 oktiliónov alebo 7×10 ^ 27 (27 núl po 7), atómov. Strážca. Pri pohľade na tento obrovský súčet atómov v jednej osobe by ste si mohli myslieť, že by bolo nemožné určiť, koľko atómov je v celom vesmíre. A mali by ste pravdu: pretože vôbec netušíme, aký veľký je vlastne celý vesmír, nemôžeme zistiť, koľko atómov sa v ňom nachádza.
Je však možné zhruba zistiť, koľko atómov je v atómoch. pozorovateľný Vesmír – časť vesmíru, ktorú môžeme pozorovať a študovať, pomocou niekoľkých kozmologických predpokladov a trochy matematiky.
pozorovateľný vesmír
vesmír bol stvorený počas veľký tresk Pred 13,8 miliardami rokov. Keď vznikol, z bodu nekonečnej hmotnosti a teploty sa vesmír začal rozpínať smerom von a odvtedy sa nezastavil.
Pretože vesmír je starý 13,8 miliárd rokov a pozorovateľný vesmír je od nás tak ďaleko, ako by mohlo svetlo cestovať v čase jeho zrodu, môžete predpokladať, že pozorovateľný vesmír je v každom smere iba 13,8 miliárd svetelných rokov. . Ale pretože sa vesmír neustále rozširuje, nie je to tak. keď pozorujeme vzdialenú Galaxy Alebo hviezda, to, čo skutočne vidíme, je miesto, kde prvýkrát emitovalo svetlo. Ale kým sa k nám svetlo dostane, galaxia alebo hviezda sú ďalej, ako keď sme ich videli. Pomocou žiarenia kozmického mikrovlnného pozadia môžeme zistiť, ako rýchlo sa vesmír rozpína, a pretože táto rýchlosť je konštantná – čo je v súčasnosti najlepší odhad vedcov (aj keď si niektorí vedci myslia, že sa spomaľuje). Možno) – to znamená, že pozorovateľný podľa sesterského webu Live Science rozpätie vesmíru vo všetkých smeroch skutočne predstavuje 46 miliárd svetelných rokov Space.com.
Ale vedieť, aký veľký je vesmír, nám nehovorí všetko, čo vieme o tom, koľko atómov v ňom je. Musíme tiež vedieť, koľko látky alebo látok v nej je.
kozmické koncepty
Hmota však nie je jediná vec vo vesmíre. V skutočnosti tvorí iba 5% vesmíru, tvrdí NASA. ostatné sú temná energia a temná hmota, ale pretože nie sú vyrobené z atómov, nemusíme sa ich kvôli tejto záhade báť.
súvisiace: Čo sa deje v medzigalaktickom priestore?
Podľa Einsteinove V známej rovnici E = mc ^ 2 sú energia a hmotnosť alebo hmota zameniteľné, takže je možné, že hmotu je možné vytvoriť alebo transformovať z energie. ale o kozmický Na škále vesmíru môžeme predpokladať, že množstvá vytvorenej a nestvorenej hmoty sa navzájom rušia. To znamená, že hmota je konečná, takže počet atómov v pozorovateľnom vesmíre je rovnaký ako vždy, podľa vedecký Američan. To je dôležité, pretože náš obraz pozorovateľného vesmíru nie je jediný okamih v čase.
Podľa našich pozorovaní známeho vesmíru sú fyzikálne zákony, ktoré ho riadia, všade rovnaké. Spolu s predpokladom, že rozpínanie vesmíru je neustále, to znamená, že vo veľkom meradle je hmota rovnomerne rozložená po celom vesmíre – koncept známy ako kozmologický princíp. Inými slovami, neexistuje žiadna oblasť vesmíru, ktorá by obsahovala viac hmoty ako iné. Táto myšlienka umožňuje vedcom presne odhadnúť počet hviezd a galaxií v pozorovateľnom vesmíre, čo je užitočné, pretože väčšina atómov sa nachádza vo hviezdach.
zjednodušiť rovnicu
Poznanie veľkosti pozorovateľného vesmíru a toho, ako rovnomerne a jemne je hmota rozložená, umožňuje oveľa jednoduchšie vypočítať počet atómov. Predtým, ako vypustíme kalkulačku, musíme urobiť ešte niekoľko predpokladov.
Najprv musíme predpokladať, že všetky atómy sú obsiahnuté vo hviezdach, aj keď nie sú. Bohužiaľ, máme oveľa menej presnú predstavu o tom, koľko planét, mesiacov a vesmírnych hornín sa nachádza v pozorovateľnom vesmíre ako hviezdy, čo znamená, že je ťažké ich pridať do rovnice. Ale pretože väčšina atómov vo vesmíre je obsiahnutá vo hviezdach, môžeme získať dobrý odhad počtu atómov vo vesmíre podľa toho, koľko atómov je vo hviezdach a ignorujeme všetko ostatné.
Po druhé, musíme predpokladať, že všetky atómy vo vesmíre sú vodík Atómy, aj keď nie sú. Atómy vodíka tvoria asi 90% celkových atómov vo vesmíre Národné laboratórium Los Alamosa ešte väčšie percento atómov vo hviezdach, na ktoré sa zameriavame. Ako čoskoro uvidíte, uľahčuje to aj výpočty.
robiť matematiku
Teraz je konečne čas na matematiku.
Aby sme zistili počet atómov v pozorovateľnom vesmíre, musíme poznať jeho hmotnosť, čo znamená, že musíme zistiť, koľko hviezd je. V pozorovateľnom vesmíre sa nachádza približne 10 ^ 11 až 10 ^ 12 galaxií a každá galaxia obsahuje 10 ^ 11 a 10 ^ 12 hviezd, podľa európska vesmírna agentúra. To nám dáva niekde medzi 10 ^ 22 a 10 ^ 24 hviezdami. Na účely tohto výpočtu môžeme povedať, že v pozorovateľnom vesmíre je 10 ^ 23 hviezd. Je to samozrejme len najlepší odhad; Galaxie sa môžu líšiť veľkosťou a počtom hviezd, ale keďže ich nemôžeme spočítať osobitne, bude to zatiaľ potrebné urobiť.
Priemerná hmotnosť hviezdy je v priemere asi 2,2 x 10 ^ 32 libier (10 ^ 32 kg) veda abc, čo znamená, že hmotnosť vesmíru je asi 2,2 x 10 ^ 55 libier (10 ^ 55 kg). Teraz, keď poznáme hmotnosť alebo množstvo hmoty, musíme zistiť, koľko atómov sa do nej zmestilo. V priemere je v každom grame hmoty asi 10 ^ 24 protónov FermilabNárodné laboratórium pre časticovú fyziku v Illinois. To znamená, že je úmerný počtu atómov vodíka, pretože každý atóm vodíka má iba jeden protón (preto sme vytvorili predchádzajúci predpoklad o atómoch vodíka).
To nám dáva 10 ^ 82 atómov v pozorovateľnom vesmíre. Pre uvedenie do kontextu je to 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 atómov.
Toto číslo je iba hrubým odhadom založeným na niekoľkých predpokladoch a predpokladoch. Ale vzhľadom na naše súčasné chápanie pozorovateľného vesmíru je nepravdepodobné, že by bol príliš ďaleko od hranice.
Pôvodne publikované na webe Live Science.
Web nerd. Extreme organizer. Writer. Whole foods evangelist. Certified introvert.