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
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
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
Сколько атомов во вселенной, и как их подсчитали?
Еще в средней школе, на уроках физики, учат тому, что все тела состоят из молекул и атомов, причем даже в небольшом объекте их могут быть триллионы, в зависимости от плотности. В космосе содержится большое количество разных объектов, которые также состоят из частиц. Но можно ли подсчитать общее количество атомов во Вселенной? Если да, то какое число получится в итоге?
Появление Вселенной
Примерно 13,8 млрд лет назад Вселенная представляла собой небольшую сингулярность повышенной плотности. В определенный момент она начала резко расширяться в пространстве. Именно это мгновение прозвали Большим взрывом.
Большое количество световой энергии устремилось в разные стороны, образуя пространство. Спустя некоторое время в нем начали появляться молекулы, способные образовывать вещества.
Сколько атомов во Вселенной, и как их подсчитали?
На данный момент ученые еще не пришли к окончательному выводу, является ли Вселенная конечной. Если у пространства вокруг нет границ, то и количество атомов бесконечно. Однако существует возможность подсчитать этот параметр в видимой области, ограниченной реликтовым излучением.
Расстояние простирается на 13,8 млрд световых лет в пространстве. По оценкам, эта площадь содержит примерно триллион галактик. В каждой имеется 100 млрд звезд. Ученые решили подсчитать количество атомов в одной звезде, приняв за габариты среднее значение. Получилось, что масса одного светила составляет примерно 10 33 грамм, и большая часть атомов принадлежит водороду. А их количество в одном грамме этого вещества равно числу Авогадро – 10 24 .
И если умножить количество галактик на количество звезд, и на количество атомов в одном светиле, то получится значение, равное 10 80 . Стоит отметить, что число является лишь приблизительным, и здесь не учитываются планеты и другие космические объекты. Однако масса звезд настолько велика, что она составляет большую часть от общего веса тел во Вселенной.
Общее количество атомов во Вселенной примерно равно 10 80 . Данное значение ученые получили при вычислении суммы атомов в одной звезде и умножении ее на общее количество светил, находящихся в просматриваемой области.
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник