Превышает число атомов во вселенной

Сколько атомов во Вселенной?

Не секрет, что вселенная — чрезвычайно обширное место. То, что мы можем наблюдать (известное как «известная вселенная»), оценивается примерно в 93 миллиарда световых лет. Это довольно внушительное число, особенно если учесть, что это только то, что мы наблюдали до сих пор. И учитывая огромный объем этого пространства, можно было бы ожидать, что количество вещества, содержащегося в нем, будет столь же впечатляющим.

Но что интересно, именно когда вы смотрите на этот вопрос в самых маленьких масштабах, цифры становятся самыми ошеломляющими. Например, считается, что в нашей наблюдаемой вселенной существует от 120 до 300 секстиллионов (то есть от 1,2 x 10 2 до 3,0 x 10 2) звезд. Но при ближайшем рассмотрении в атомном масштабе цифры становятся еще более немыслимыми.

На этом уровне считается, что в известной наблюдаемой вселенной существует от 10 78 до 10 82 атомов. С точки зрения непрофессионала, это получается между десятью квадриллионными атомами вининтиллиона.

И тем не менее, эти цифры не совсем точно отражают, сколько материи действительно может вместить вселенная. Как уже говорилось, эта оценка учитывает только наблюдаемую вселенную, которая достигает 46 миллиардов световых лет в любом направлении, и основана на том, где расширение пространства охватило самые отдаленные наблюдаемые объекты.

История Вселенной начинается с Большого взрыва.

Немецкий суперкомпьютер провел симуляцию и оценил, что в пределах диапазона наблюдения существует около 500 миллиардов галактик, более консервативная оценка оценивает их в 300 миллиардов. Поскольку число звезд в галактике может доходить до 400 миллиардов, то общее число звезд вполне может быть около 1,2 × 10 23 — или чуть более 100 секстиллионов.

В среднем каждая звезда может весить около 10 35 грамм. Таким образом, общая масса будет около 10 58 граммов (это 1,0 x 10 52 метрических тонн). Поскольку известно, что на каждый грамм вещества приходится около 10 24 протонов или примерно одинаковое количество атомов водорода (поскольку один атом водорода имеет только один протон), то общее число атомов водорода будет примерно 10 86 — иначе. сто тысяч квадриллионов вигинтиллионов.

В пределах этой наблюдаемой вселенной это вещество равномерно распространяется по всему пространству, по крайней мере, при усреднении по расстояниям, превышающим 300 миллионов световых лет. В меньших масштабах, однако, наблюдается образование материи в пучки иерархически организованной светящейся материи, с которой мы все знакомы.

Короче говоря, большинство атомов сконденсировано в звезды, большинство звезд сконденсировано в галактики, большинство галактик — в скопления, большинство скоплений — в сверхскопления и, наконец, в структуры самого большого масштаба, такие как Великая стена галактик (или Великая стена Слоана ), В меньшем масштабе эти скопления пронизаны облаками пылевых частиц, газовыми облаками, астероидами и другими небольшими скоплениями звездного вещества.

Представление временной шкалы Вселенной за 13,7 миллиардов лет и последующего расширения Вселенной. Предоставлено: НАСА / Научная команда WMAP.

Наблюдаемое вещество Вселенной также распространяется изотропно; Это означает, что ни одно направление наблюдения не отличается от любого другого, и каждая область неба имеет примерно одинаковое содержание. Вселенная также омывается волной высокоизотропного микроволнового излучения, которое соответствует тепловому равновесию примерно 2,725 Кельвина (чуть выше абсолютного нуля).

Гипотеза о том, что крупномасштабная вселенная однородна и изотропна, известна как космологический принцип. Это говорит о том, что физические законы действуют равномерно по всей вселенной и, следовательно, не должны приводить к заметным нарушениям в крупномасштабной структуре. Эта теория была подкреплена астрономическими наблюдениями, которые помогли наметить эволюцию структуры вселенной, так как она была первоначально заложена Большим взрывом.

Текущий консенсус среди ученых состоит в том, что подавляющее большинство материи было создано в этом событии, и что расширение Вселенной с тех пор не добавило новую материю в уравнение. Скорее, считается, что то, что происходило в течение последних 13,7 миллиардов лет, было просто расширением или рассеянием первоначально созданных масс. То есть, во время этого расширения не было добавлено никакого количества вещества, которого не было в начале.

Однако эквивалентность массы и энергии Эйнштейном представляет небольшое усложнение этой теории. Это является следствием специальной теории относительности , в которой добавление энергии к объекту увеличивает его массу постепенно. Между всеми слиянием и делением атомы регулярно превращаются из частиц в энергии и обратно.

Плотность атомов больше слева (начало эксперимента), чем 80 миллисекунд после симулированного Большого взрыва. Предоставлено: Чен-Лунг Хунг.

Тем не менее в больших масштабах общая плотность вещества во Вселенной остается неизменной во времени. Присутствует плотность наблюдаемой Вселенной оценивается как очень низкая — примерно 9,9 × 10- 30 грамм на кубический сантиметр. Эта массовая энергия состоит из 68,3% темной энергии, 26,8% темной материи и только 4,9% обычной (светящейся) материи. Таким образом, плотность атомов составляет порядка одного атома водорода на каждые четыре кубических метра объема.

Свойства темной энергии и темной материи в значительной степени неизвестны и могут быть равномерно распределены или организованы в сгустки, подобные нормальной материи. Тем не менее считается, что темная материя тяготеет, как обычная материя, и, таким образом, работает, чтобы замедлить расширение Вселенной. Напротив, темная энергия ускоряет свое расширение.

Еще раз, это число — приблизительная оценка. Когда используется для оценки общей массы Вселенной, она часто не соответствует тому, что предсказывают другие оценки. И, в конце концов, мы видим лишь меньшую часть целого.

Источник

10 огромных цифр, которые не укладываются в голове

Между самым большим числом, до которого вы можете досчитать, и бесконечностью существуют огромные числа, которые непостижимы для человеческого ума: миллиарды, триллионы и так далее.

Вот некоторые преобразования и сравнения, которые помогут вам понять эти огромные величины.

1. Скорость света

Скорость света — это очень важная постоянная величина в физике. В вакууме скорость света достигает 299 792 км в секунду. И это очень быстро, так быстро, что согласно специальной теории относительности ничто во Вселенной не может быть быстрее.

Конечно, в научной фантастике мы можем увидеть такое понятие, как сверхсветовая скорость, то есть гипотетическая технология, которая разгоняет космические корабли сквозь световые годы космоса.

На данный момент ни один объект не может перемещаться со скоростью света, но если бы это было возможно, вы бы могли облететь мир 7,5 раз за одну секунду. Для сведения окружность Земли составляет 40 075 км. Достаточно активный человек, который проходит 7500 шагов в день, обошел бы Землю за 22 года. Таким образом, свет проходит то же расстояние за одну секунду, сколько прошел бы человек за 165 лет.

2. Расстояние до Луны

Обойдите Землю около 10 раз, и вы пройдете расстояние до Луны — в среднем 384 400 км.

Если вы смогли бы сложить лист бумаги пополам 42 раза (рекорд составляет 12 раз), то вы выстроили бумажную башню, которая достиг л а бы Луны.

Это кажется невероятным, так как мы привыкли мыслить линейно. Сложение листа бумаги вполовину и еще раз вполовину является примером геометрической прогрессии. Толщина листа составляет в среднем 0,1 мм, увеличивается в два раза при первом сложении до 0,2 мм, и остается небольшой при следующих нескольких сложениях.

Однако при седьмом сложении, бумага становится толщиной с блокнот со 128 страницами, и продолжает расти. Вот, как выглядит бумага, сложенная 11 раз.

Что будет, если сложить лист 103 раза? Бумага будет толще диаметра всей известной Вселенной.

3. Большой Взрыв

Задумайтесь о возрасте Вселенной. Большой Взрыв и рождение Вселенной произошло примерно 13,8 миллиардов лет назад.

Карл Саган в своем «Космическом календаре» попытался объяснить это огромное число, сжав историю Вселенной в масштабы календарного года. Если представить 13,8-миллиардную историю Вселенной в виде года, то люди появились бы только в последние минуты накануне Нового года, а ваша жизнь продлилась бы меньше одной четверти секунды или пролетела бы в мгновение ока.

4. Звезды в Млечном пути

Даже при идеальных условиях на ночном небе невооружённым глазом видно около 2000-5000 звезд. Астрономы подсчитали, что только 10 000 звезд являются достаточно яркими, чтобы мы могли увидеть их без телескопа, а дневной свет, падающий на половину нашей планеты в любой момент времени затмевает половину неба.

Световое загрязнение, туманный горизонт и индивидуальная чувствительность к свету также приводят к тому, что мы не можем видеть больше нескольких тысяч звезд.

В пределах галактики Млечный путь существует 300 миллиардов звезд. Этого достаточно, чтобы у каждого человека на Земле было по 42 звезды. Но кроме Млечного пути есть, по меньшей мере, 100 миллиардов галактик, в каждой из которых в 5-10 раз больше звезд, чем считалось раннее, что составляет примерно 300 секстиллионов или 3 с 23 нулями.

5. Количество цифр в числе Пи (до сих пор)

Хотя Пи является иррациональным числом с бесконечными десятичными цифрами, наше знание этого числа имеет предел.

Компьютерные программы могут подсчитать значение Пи с большой точностью. В большинстве случаев достаточно округлить Пи до 3,14159.

Но многие ученые решили принять вызов и открыть больше цифр числа Пи. В 2011 году японский исследователь Сигэру Кондо (Shigeru Kondo) на личном компьютере с помощью программы Александра Йи (Alexander Yee) рассчитал значение числа Пи с точностью до 10 триллионов цифр после запятой.

Программа Йи также была использована, чтобы установить нынешний мировой рекорд — 13,3 триллиона цифр числа Пи. Чтобы вычислить это число, потребовалось 208 дней.

6. Число клеток в теле человека

Долгое время определение числа клеток в теле человека представляло проблему для ученых. Как писал известный научно-популярный писатель Карл Циммер (Carl Zimmer): «Наше тело не заполнено клетками однородно, как банка с конфетами. Клетки бывают разных размеров и растут в разной плотности.» Усреднение размеров и объемов клеток приводит к неточностям в расчетах.

В исследовании 2013 года группа европейских ученых преодолела эту проблему, используя новый метод. Они разделили тело человека на различные органы и типы клеток, например, клетки костного мозга и эритроциты.

Исследователи насчитали 37,2 триллиона клеток .

Заметьте, что в исследовании посчитали только количество клеток. На каждом человеке также живет до 100 триллионов микробов, а это значит что в нашем теле больше бактерий, чем клеток.

7. Самое большое целое, которое может хранить 64-разрядный процессор

Это огромное число, начинающееся с 9 квинтиллионов, является самым большим знаковым целым числом, которое может хранить 64-разрядный процессор в современном компьютере. Раньше компьютеры делали с 32-разрядным процессором, который мог хранить данные до 2 147 483 647 или больше 2 миллиардов.

Кажется, что оба процессора могут справиться с большим количеством данных, но 32-разрядного процессора недостаточно, чтобы показывать даты, случившиеся через 2 147 483 647 секунд после 1 января 1970 года. Таким образом, 32-разрядный процессор ждет проблема 2038 года – то есть сбой в программном обеспечении, который произойдет 19 января 2038 года в 3:14:07.

Компьютеры, использующие 64-битную систему, будут показывать даты еще 292 миллиарда лет.

В 2014 году популярное видео «Gangnam Style» сломало счетчик просмотров, когда число просмотров превысило 2 147 487 648 просмотров, из-за чего Google вынужден был обновить счетчик до 64-бит.

8. Число Н₂O молекул в капле воды

В триллионе 12 нулей, а в секстиллионе – 21. Это число больше секстиллиона: 1,39 x 10^21 – это число молекул Н₂O в одной капле воды.

Возвращаясь к числу звезд, в нескольких сотнях каплях воды в два раза больше молекул Н₂O, чем звезд во всей Вселенной.

9. Яркость сверхновой звезды

Сверхновая – это смерть звезды и взрыв настолько яркий, что он может затмить галактики. Одна из самых ярких сверхновых, открытая астрономом Робертом Куимби (Robert Quimby) в 2007 году, достигла яркости 100 миллиарда наших звезд.

Сверхновые испускают 10^44 джоулей энергии меньше, чем за 2 минуты — такое же количество энергии, которое испускает наше Солнце за 10 миллиардов лет.

10.Число атомов во Вселенной

Простираясь на 93 миллиарда световых лет, Вселенная является поистине огромным и бескрайним местом. Настолько большим, что в 2010 году студент физики из Калифорнии объявил, что диаметр Вселенной составляет 1,4 хелламетров или 10^27. Хелла — не является официальной приставкой в Международной системе единиц, а самой большой приставкой официально является йотта — (10^24).

Наша огромная Вселенная содержит по некоторым оценкам 10^80 атомов. Для такого числа нет официальных или выдуманных приставок. Ученые считают, что это вся материя, созданная во время Большого Взрыва.

Источник

Цыфры и мозг

(Просмотров: 5363)