Сколько атомов во Вселенной?
Вселенная > Сколько атомов во Вселенной?
Наверняка, каждый знает, что Вселенная представляет собою масштабное место. По общим оценкам, перед нами открывается лишь 93 миллиарда световых лет («Видимая Вселенная»). Это огромное число, особенно если не забывать, что это лишь та часть, которая доступна нашим приборам. И, учитывая подобные объемы, не будет странным предположить, что и количество вещества должно быть также значительным.
Интересно начать изучение вопроса с крошечных масштабов. Ведь наша Вселенная вмещает 120-300 секстиллионов звезд (1.2 или 3 х 10 23 ). Если же мы увеличим все до уровней атомов, то эти цифры покажутся просто немыслимыми. Сколько же атомов во Вселенной?
По подсчетам выходит, что Вселенную наполняют 10 78 -10 82 атомов. Но даже эти показатели не отображают того, сколько именно вещества она содержит. Выше упоминалось, что мы можем постичь 46 миллиардов световых лет в любую сторону, а это значит, что нам не увидеть всей картинки. К тому же, Вселенная постоянно расширяется, что отдаляет от нас объекты.
История Вселенной началась с Большого Взрыва
Не так давно, немецкий суперкомпьютер выдал результат о существовании 500 миллиардов галактик в зоне видимости. Если обратиться к консервативным источникам, то получим 300 миллиардов. В одной галактике может вместиться 400 миллиардов звезд, поэтому общее количество во Вселенной способно достигать 1.2 х 10 23 – 100 секстиллионов.
Средний вес звезды – 10 35 грамм. Общая масса – 10 58 грамм. Вычисления показывают, что в каждом грамме содержится 10 24 протонов или столько же атомов водорода (в одном водороде – один протон). В сумме получаем 10 82 водорода.
За основу берем видимую Вселенную, в пределах которой это количество должно распределиться равномерно (на 300 миллионов световых лет). Но в меньших масштабах материя будет создавать скопления светящейся материи, о которой мы все знаем.
Если обобщить, то большая часть атомов Вселенной сосредоточена в звездах, создающих галактики, те объединяются в скопления, которые в свою очередь формируют сверхскопления и завершают все это образованием Великой Стены. Это при увеличении. Если пойти в обратную сторону и взять меньшие масштабы, то скопления наполнены облаками с пылью, газом и прочей материей.
Временная шкала Вселенной за 13.7 миллиардов лет и расширение
Вещество имеет тенденцию распространяться изотропно. То есть, все небесные участки одинаковые и в каждом содержится одно и то же количество. Пространство насыщено волною мощного изотропного излучения, приравниваемого к 2.725 К (чуть выше абсолютного нуля).
Об однородной Вселенной гласит космологический принцип. Основываясь на нем, можно утверждать, что законы физики будут одинаково действенными в любой точке Вселенной и не должны нарушаться в крупных масштабах. Эта идея подпитывается и от наблюдений, демонстрирующий эволюцию вселенской структуры после Большого Взрыва.
Исследователи пришли к согласию, что большая часть материи образовалась в момент Большого Взрыва, и расширение не прибавляет нового вещества. Механизмы последних 13.7 миллиардов лет – это расширение и рассеивание основных масс.
Но теория усложняется эквивалентностью массы и энергии Эйнштейна, формирующейся из общей теории относительности (прибавление массы постепенно увеличивает количество энергии).
Заметно, что плотность атомов больше слева (старт эксперимента), чем в 80 миллисекундном отрезке после «воссозданного» Большого Взрыва.
Однако, плотность Вселенной остается стабильной. Современная достигает 9.9 х 10 30 грамм на см 3 . Здесь сосредоточено 68.3% темной энергии, 26.8% темной материи и 4.9% светящегося вещества. Получается, что плотность – один атом водорода на 4 м 3 .
Ученые все еще не могут расшифровать свойства темной энергии и материи, так что нельзя сказать точно: распределены ли они равномерно или же образуют плотные сгустки. Но полагают, что темная материи замедляет расширение, а вот темная энергия работает на ускорение.
Все указанные числа, касательно количества атомов во Вселенной, – приблизительная оценка. Не стоит забывать главную мысль: мы говорим о вычислениях видимой Вселенной.
Источник
Астрофизики высчитали общее количество вещества во Вселенной
Международная команда ученых во главе с астрономами из Калифорнийского университета в Риверсайде (США) определила, что материя составляет 31% от общего количества материи и энергии во Вселенной, а остальная часть состоит из темной энергии. Такие числа они смогли получить, высчитав массы скоплений галактик, сообщает портал EurekAlert!. Результаты работы опубликованы в журнале Astrophysical Journal.
Чтобы мы могли представить себе, что такое 31% материи, авторы работы приводят такой пример. Если бы вся материя во Вселенной была равномерно распределена по пространству, то на один кубический метр приходилось бы шесть атомов водорода. Но есть одно «но»: 80% всей материи состоит из темной материи, то на самом деле большая ее часть состояла бы не из атомов водорода, а из вещества неизвестного типа.
Как калифорнийские ученые получили значение в 31%? Они сравнили наблюдаемое число и массу скоплений галактик в единице объема с предсказаниями численного моделирования. Поскольку современные скопления галактик сформировались из вещества, которое коллапсировало миллиарды лет назад под действием собственной гравитации, количество наблюдаемых в настоящее время скоплений тесно связано с общим количеством вещества. Чем выше процент вещества, тем должно быть больше скоплений.
Ученым нужно было измерить количество кластеров и их массу. Но большая часть вещества состоит из темной материи – и просто увидеть ее в телескопе не получится.
Поэтому астрофизики решили измерять массу галактического кластера через орбиты входящих в него галактик. Для этого они разработали специальный инструмент «GalWeight», который высчитал массу каждого известного скопления. В результате ученые получили каталог скоплений галактик «GalWCat19». Наконец, они сравнили количество скоплений в своем новом каталоге с результатами моделирования, чтобы определить общее количество вещества во Вселенной.
«Нам удалось сделать одно из самых точных измерений, когда-либо сделанных с помощью метода скоплений галактик, – сказала соавтор исследования Джиллиан Уилсон (Gillian Wilson), профессор физики и астрономии из Калифорнийского университета в Риверсайде. – Более того, это первое использование метода орбиты галактики, значение которого согласуется с результатами, полученными с помощью некластерных методов, через анизотропию космического микроволнового фона, барионные акустические колебания, сверхновые типа Ia или гравитационное линзирование».
Объединив свои измерения с результатами других команд, которые использовали другие методы, авторы этой работы смогли определить наилучшее комбинированное значение, сделав вывод, что материя составляет 31,5 ± 1,3% от общего количества вещества и энергии во Вселенной.
[Иллюстрация: MOHAMED ABDULLAH, UC RIVERSIDE]
Источник
Как мало: астрономы вычислили точное количество материи во Вселенной
В огромной Вселенной удивительно мало вещества.
Иллюстрация Pixabay
Доля тёмной энергии, небарионной тёмной материи и обычного вещества в полной энергии Вселенной. Перевод Вести.Ru.
Иллюстрация UCR/Mohamed Abdullah.
Моделирование показывает, каким было бы распределение скоплений галактик по космосу при различном вкладе материи (вместе обычной и тёмной) в общую энергию Вселенной. Перевод Вести.Ru.
Иллюстрация UCR/Mohamed Abdullah.
Специалисты подсчитали, сколько в космосе обычного вещества, тёмной материи и тёмной энергии. Это важнейший параметр Вселенной, влияющий на её дальнейшую судьбу.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в издании Astrophysical Journal.
Звёзды, галактики, планеты, межзвёздный и межгалактический газ – это далеко не всё, что есть во Вселенной.
Гораздо больше в космосе так называемой тёмной материи, которая не наблюдается ни в какие телескопы и проявляет себя только своей гравитацией. Безусловно, некоторая её часть приходится на слишком тусклые объекты: чёрные дыры, коричневые карлики и так далее. Это так называемая барионная тёмная материя. Напомним, что барионы – это семейство частиц, в которое входят протоны и нейтроны, то есть частицы, составляющие атомное ядро.
Но, по мнению большинства специалистов, подавляющая часть тёмной материи – небарионная. Она состоит из ещё не открытых физиками-экспериментаторами частиц (и у теоретиков есть целый набор кандидатов на эту роль).
А кроме того, есть и тёмная энергия, которая придаёт расширению Вселенной ускорение. Большинство экспертов считает, что это некое поле или свойство вакуума, хотя есть и более экзотические гипотезы.
Сколько именно в мире этих трёх его компонентов: обычного вещества, небарионной тёмной материи и тёмной энергии? Это важнейший вопрос, ответ на который определяет прошлое и будущее Вселенной. И, разумеется, учёные не раз предпринимали такие расчёты. При этом массу обычно пересчитывают в энергию по знаменитой формуле E = mc 2 . Это позволяет сравнить между собой вклад вещества и тёмной энергии в полную энергию Вселенной.
Теперь команда исследователей из США и Египта применила для определения этого вклада новый и, как утверждают авторы, более точный метод.
Исследователи видоизменили хорошо зарекомендовавшую себя методику. Она опирается на подсчёт числа скоплений галактик и определение их масс.
Дело в том, что первоначально вещество было рассеяно по Вселенной гораздо более равномерно, чем сейчас. Оно долго собиралось в сгустки под воздействием собственной гравитации. Эти сгущения в конце концов и стали скоплениями галактик. И на этот процесс сильно влияло количество материи. Чем больше материи, тем чаще должны встречаться скопления галактик и тем больше должна быть их масса. Таким путём учёные рассчитали общий вклад барионной и небарионной материи в полное количество энергии во Вселенной.
Новшество заключалось в том, что авторы использовали собственный метод, позволяющий определить, относится ли та или иная галактика к скоплению. Это помогло им рассчитать массу каждого конкретного кластера, а не использовать косвенные данные об их средней массе.
Кроме того, учёные пользовались своим собственным каталогом GalWCat19. Он содержит данные о 1870 скоплениях, включающих в общей сложности более 38500 звёздных систем.
Выяснив суммарную долю материи, эксперты разделили её на вклад барионного и небарионного вещества, пользуясь результатами предшественников.
Оказалось, что 69% всей энергии во Вселенной приходится на тёмную энергию, и только 31% – на обычную и тёмную материю вместе взятые. Из материи же около 80% составляет небарионная тёмная материя, и только 20% – обычное вещество. Таким образом, обычное вещество обеспечивает всего около 6% всей энергии во Вселенной.
Авторы приводят такой пример. Если бы вся материя, обычная и тёмная, состояла из водорода, то её средняя плотность составила бы всего шесть атомов на кубический метр. Чтобы получить плотность обычного вещества, нужно взять 20% от этого числа. Получается чуть больше одного атома водорода на кубический метр. Вот какое скромное место занимает в космосе привычная материя.
Авторы подчёркивают, что их результаты хорошо согласуются с цифрами, полученными другими методами. А значит, наши знания о структуре Вселенной достаточно надёжны.
К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о том, сколько в космосе звёздного света. Писали мы и о том, как астрономы обнаружили пропавшую материю.
Источник
Сколько атомов во Вселенной?
Вселенная огромна. Поскольку мы не можем выйти и посчитать каждую частицу, число атомов во Вселенной является оценочным. Это значение никакое не случайное или выдуманное, оно вычислено.
Напомню, атом-это наименьшая составная единица обычной материи. Каждое твердое тело, жидкость, газ и плазма состоят из атомов . Типичный размер атома — десять миллиардных метра.
Как вычисляется число атомов
Расчет количества атомов предполагает, что Вселенная конечна и имеет относительно однородный состав. Это основано на нашем понимании Вселенной, которую мы видим. Вселенная — множество галактик, каждая из которых содержит звезд.
Если окажется, что таких множеств галактик больше, то и число атомов будет намного больше, чем текущая оценка. Если Вселенная бесконечна, то она состоит из бесконечного числа атомов .
Телескоп Хаббл видит край скопления галактик, за которым ничего нет. Поэтому нынешняя концепция Вселенной — это конечный размер с известными характеристиками.
Наблюдаемая Вселенная состоит примерно из 100 миллиардов галактик . В среднем, каждая галактика содержит около 10 в степени 23 звезд .
Звезды бывают разных размеров, но типичная звезда, как и Солнце, имеет массу около 2 х 10 в степени 30 килограммов.
Большая часть массы активной звезды состоит из водорода. Считается, что 74% массы Млечного Пути, содержится в виде атомов водорода. Солнце содержит приблизительно 10 в степени 57 атомов.
Если вы умножите число атомов звезды ( 10 в степени 57 ) на расчетное число звезд во Вселенной ( 10 в степени 23 ), вы получите значение 10 в степени 80 атомов в наблюдаемой Вселенной.
Существуют и другие оценки, основанные на различных расчетах размера Вселенной. Например, на измерениях космического микроволнового фонового излучения.
Оценки количества атомов варьируются от 10 в степени 78 до 10 в степени 82 атомов. Они сильно различаются, что указывает на значительную степень ошибки.
Эти оценки основаны на достоверных данных. Поэтому они верны на основе того, что нам известно. Пересмотренные оценки будут делаться по мере того, как мы больше будем узнавать о Вселенной.
Обязательно подписывайтесь, Вам также понравится:
Великая загадка Вселенной
Звёздное желе. Необъяснимый природный феномен
10 загадочных древних открытий, которые наука до сих пор не может объяснить
Источник