Количество атомов во вселенной: Сколько атомов во Вселенной и можно ли их подсчитать? |

Содержание

теория Большого взрыва и количество атомов во Вселенной

Вселенная – это все без исключения. Материя, энергия, пространство и время существуют в каждой части Вселенной. Она огромна, но не бесконечна, в противном бы случае существовало бесконечное количество атомов во Вселенной, бесконечное количество звезд и материи. На самом же деле бо́льшую часть Вселенной составляет пустое пространство.

Что такое Вселенная?

Что мы знаем о Вселенной? Вселенная содержит в своем составе галактики, скопления галактик и структуры большого размера, которые называются суперскоплениями. Между галактиками существует межгалактическая материя. Размеры Вселенной в настоящее время точно не установлены, несмотря на стремительное развитие космических технологий. Приблизительная оценка говорит, что ее диаметр равен 150 миллиардам световых лет.

Материя не распределена равномерно по всей Вселенной, а концентрируется в конкретных местах: галактиках, звездах, планетах и т. п. Кроме того, по приблизительным оценкам, около 90% массы Вселенной приходится на темную материю, которую нельзя напрямую наблюдать.

Отвечая на вопрос «Из каких атомов состоит Вселенная?», следует сказать, что к 10 наиболее распространенным химическим элементам Вселенной относятся:

водород – 1 000 000;
гелий – 63 000;
кислород – 690;
углерод – 420;
азот – 87;
кремний – 45;
магний – 40;
неон – 37;
железо – 32;
сера – 16.

Цифры обозначают количество атомов данного элемента на каждый 1 миллион атомов самого распространенного элемента Вселенной – водорода.

Место планеты Земля во Вселенной

Наша голубая планета является частичкой во Вселенной. Она расположена в Солнечной системе, которая находится в одном из рукавов галактики Млечный Путь, то есть на ее периферии. Количество звезд в нашей галактике оценивается в 100 миллиардов. Ниже на фото показана наша галактика и место Солнечной системы в ней.

Теория Большого взрыва

Согласно популярной теории Большого взрыва, 13,7 миллиарда лет назад вся материя имела бесконечные плотность и температуру и была сосредоточена в маленькой точке пространства. При этом само понятие пространства и времени не существовало. Такое состояние материи ученые называют сингулярностью. По некоторой причине произошел взрыв изначальной материи в результате которого Вселенная начала расширяться, а ее плотность и температура стали постоянно уменьшаться.

Таким образом, Большой Взрыв произошел из сингулярности, которая является физическим объектом, не поддающимся описанию с помощью известных законов физики. Однако современная физика может описать, что было после Большого взрыва. Так, температура Вселенной через одну минуту после этого колоссального процесса оценивается в 1 миллиард кельвинов.

Интересное о космосе и Вселенной

То, что Вселенная расширяется, сейчас ни у кого не вызывает сомнения. Более того, различные наблюдения далеких галактик показали, что эти звездные скопления удаляются друг от друга с все большей и большей скоростью. Такое быстрое расширение Вселенной приводит к ее постепенному охлаждению. Одна из распространенных теорий конца Вселенной говорит о том, что он наступит, когда она полностью остынет.

Интересное о космосе можно также узнать из теорий современной физики. Так, согласно анализу уравнений теории относительности Эйнштейна, ученые пришли к выводу о том, что возможны всего три формы существования Вселенной: закрытая, открытая и плоская. Последние астрономические наблюдения подтверждают, что Вселенная действительно имеет плоскую форму.

Существование темной материи также является доказанным фактом, поскольку человечество знает в общих чертах, что происходит во Вселенной. Свидетельством реальности этой материи являются эффекты изменения температуры космических объектов, орбитальные и вращательные скорости галактик и некоторые другие феномены космоса.

Количество атомов во Вселенной

Точные расчеты числа атомов во Вселенной невозможны, поскольку достоверно неизвестны размеры последней. Поэтому можно сделать лишь некоторую оценку данной величины. Предположим, что в нашей Вселенной существует около 300 миллиардов галактик, каждая из которых имеет около 400 миллиардов звезд. Эти цифры соответствуют действительности, поскольку диаметр наблюдаемой нами Вселенной оценивается в 93 миллиарда световых лет, то есть больше половины всей Вселенной человечество видит. Исходя из этих оценок получаем, что общее количество звезд приблизительно равно 10²³.

Проводя далее вычисления для определения количества атомов во Вселенной, положим среднюю массу одной звезды равной 10³⁵ грамм (масса Солнца приблизительно 10³³ грамм), тогда получим, что общая масса Вселенной равна 10⁵⁸ грамм. Поскольку каждый грамм материи содержит порядка 10²⁴ протонов, а также учитывая, что водород, который является самым распространенным элементом во Вселенной, содержит один протон, получаем число атомов водорода равное 10⁸².

Отметим, что более сложные теоретические расчеты говорят о существовании гораздо большего количества атомов во Вселенной, чем полученное число. Такое различие в теоретических данных обусловлено существованием во Вселенной невидимой темной материи.

Вселенная и элементарные частицы материи

По мере того как ученые изучали и постигали все глубже теорию Большого взрыва, они заметили, что чем больше они изучали процессы, происходящие в первые минуты и часы жизни нашей Вселенной, тем чаще имели дело с плотными и горячими объектами и большими энергиями. Любопытно заметить, что такие условия характерны для физики элементарных частиц, например, для кирпичика материи – атома. Таким образом, чтобы понять, как начала образовываться гигантская Вселенная, необходимо глубоко изучить законы и процессы, происходящие в ее элементарных частицах.

5 любопытных фактов о нашей Вселенной, которых вы могли не знать

Астрономия полна астрономических цифр, а в физике есть только одна неопровержимая истина: не все так очевидно. Удивительным фактам о нашей Вселенной несть числа, и чтобы узнать о них, можно даже из дома не выходить. Перед вами пятерка подробно описанных головокружительных фактов о нашем невероятном и необъятном мире.

Содержание

1 Все люди Земли могли бы уместиться в апельсине
2 Большая часть Вселенной куда-то исчезла
3 Свет не всегда движется очень быстро
4 Столкновение электронов на краю Вселенной мгновенно влияет на нас
5 Предсказать будущее может быть невозможно

Все люди Земли могли бы уместиться в апельсине

Вы, должно быть, знаете, что 99,9% атома — просто пустое пространство. Это довольно очевидный факт. По сути, атом можно сжать до точки, которую практически невозможно будет увидеть и которая будет несоизмеримо меньше текущего размера атома.

Если вы уберете все свободное пространство из атомов, которые составляют всех людей на планете, вы могли бы поместить нас всех в один апельсин. Слова «пустое место» по отношению к человеку приобретают смысл.

Атомы окружают нас повсюду, будучи фундаментальными строительными блоками Вселенной. Солнце содержит 99,86% массы всей Солнечной системы. Масса Солнца приблизительно в 330 000 раз больше массы Земли. Солнце на три четверти состоит из водорода и на одну четверть из гелия.

Понимаете, к чему я клоню? Точно так же, как единственное светило берет на себя почти всю массу нашей Солнечной системы, так и все человечество могло бы уместиться на ладони, в буквальном смысле.

Атомы — вообще очень странная штука. Они невероятно малы, но именно им все сущее обязано своим существованием. Одна нить паутины имеет около миллиона атомов в диаметре. Ее масса, или 0,1% фактического материала, сконцентрирована в центре нити, в области в 1 триллионную часть сантиметра. По оставшемуся пространству с головокружительной скоростью носятся электроны. Если провести аналогию, в которой ядро атома будет размером с футбольный мяч, ближайший электрон будет в 0,8 километра от него.

Хуже попытки понять атомы может быть только это: попытка понять, почему…

Большая часть Вселенной куда-то исчезла

Мы установили, что Вселенная довольно велика, если вообще можно судить вселенную вселенскими мерками. Мы также установили, что вселенная состоит из атомов. Также пришли к выводу, что атомы содержат в основном пространство и очень малое количество вещества. Если оставить тот волнующий факт, что мы состоим из атомов, сколько материи имеется во вселенной? По мнению команды, отвечающей за миссию Планка, и согласно стандартной модели космологии, обычной материи во Вселенной не больше 4,9%. Остальная часть представлена темной материей (26,8%) и темной энергией (68,3%). Темную энергию нам придется проигнорировать, потому что это чистый эквивалент ничего — это не материя ни в коем случае. Может ли темная материя обеспечить нас веществом?

В настоящее время темная материя — не более чем очень мощная гипотеза среди космологов и астрономов. Ее присутствие объясняется тем, что мы должны учитывать большую часть массы, которой во Вселенной просто нет. Ее не хватает. Официальная точка зрения физики — 26,8% массы Вселенной просто отсутствует, ее нет, либо она не здесь.

Это не значит, что ее нет вообще, потому что должно быть что-то. Существует определенное несоответствие между массой больших астрономических объектов, которая определяется их гравитационными эффектами, и массой, которой должна обладать вся наблюдаемая материя. В лучшем случае темную материю можно рассматривать как вещество, которое не освещается светом. Она не излучает и не поглощает свет либо другое электромагнитное излучение. В худшем случае темной материи не существует вообще, но тогда придется поискать другое объяснение отсутствующей массе Вселенной.

Почему же гипотеза темной материи кажется такой мощной? Почему мы не можем просто написать «несоответствие между материей и массой» и забыть? Дело в том, что эта неопределенная материя оказывает очень мощное влияние на орбитальные скорости звезд в Млечном Пути и несет ответственность за «недостающую массу» галактик в скоплениях (как рассчитали астрономы Ян Оорт и Фриц Цвикки).

С какой стороны ни взглянуть, поведение атомов и невидимой Вселенной остаются серьезными загадками.

Свет не всегда движется очень быстро

«Ничто не может двигаться быстрее света». Эта фраза довольно популярна. Есть и другая: «Свет — постоянная величина. Мы можем измерять все скорости относительно скорости света». Иногда мы слышим, что свет меняет свое направление, когда проходит близко к звезде. Но самое интересное в том, что свет может двигаться очень медленно и быть не самой постоянной величиной. Люди имеют в виду постоянную скорость света в вакууме. Без этого важного уточнения свет будет чем угодно, но только не константой. В вакууме свет движется со скоростью порядка 300 000 километров в секунду.

Но уже в воде фотоны света замедляются и движутся со скоростью порядка ¾ от максимальной. Почти на 100 000 километров в секунду медленнее. Вы могли бы пройти долгий путь за секунду, будь вы фотоном, поэтому это немалая величина. Неудивительно, что в некоторых средах другие частицы могут двигаться быстрее света. Означает ли это, что они путешествуют в будущее?

К примеру, в ядерном реакторе присутствуют частицы, которые разгоняются до чрезвычайно высоких скоростей. Если им случается проходить через изолирующую среду (например, воду для охлаждения реактора), которая замедляет свет, они обгоняют частицы света. Вследствие этого проявляется эффект излучения Черенкова, в виде голубого свечения. Реакторы светятся в темноте не потому, что они перегреваются, а потому что свет обгоняют другие частицы.

Ученым также удалось замедлить свет почти до нуля по меркам световых скоростей. Самая медленная скорость, до которой замедляли свет, составила 17 метров в секунду.

Столкновение электронов на краю Вселенной мгновенно влияет на нас

Еще одно упрощенное объяснение поведения атомов привлекает аналогию с бильярдными шарами. Давайте представим атомы во Вселенной как коллекцию бильярдных шаров, сталкивающихся друг с другом. Это неплохое описание, но оно игнорирует эффекты гравитации. Гравитация намного сильнее, чем вы могли бы подумать. Если взять, к примеру, чемпионат по бильярду, то во время последнего удара возможный чемпион не задумывается о гравитационном поле каждого из аудитории, да и не должен, поскольку гравитационные эффекты слишком слабы, чтобы проявиться во время столкновения двух шаров.

С другой стороны, если бы вместо бильярдных киев были пушки или же столкновение вовлекало до 50 шаров, игроку нужно менять стиль игры, потому что в таких условиях гравитация будет проявлять серьезные эффекты. Почему? Потому что гравитационного притяжения единственного электрона на границе известной Вселенной (в 10 миллиардах световых лет) достаточно, чтобы отклонить молекулу кислорода в воздухе на Земле, чего будет достаточно, чтобы изменить конечную траекторию движения молекулы — и все это в ходе 50 столкновений. И все это за одну миллионную долю секунды. Теоретически это доказано, на практике же такой эксперимент никогда не будет проведен, поскольку понадобится лаборатория размером с целую вселенную. С такой позиции, заявления астрологов о том, что звезды влияют на нашу жизнь, не лишены смысла.

Предсказать будущее может быть невозможно

На первый взгляд это утверждение может выглядеть не более чем очевидным, мол, «у вас кровь идет, вы ранены?», если бы не тот факт, что оно скрывает глубокую истину о структуре Вселенной.

Никто не может предсказывать будущее, но теория хаоса гласит, что никогда и не сможем. На протяжении веков астрономы пытались сравнивать Солнечную систему с гигантским механизмом, вращающимся вокруг Солнца, — что-то вроде гигантских часов. К несчастью для них, их уравнения никогда на самом деле не будут отражать фактическое движение планет через космос.

Теоретическую трудность подытожил французский математик Анри Пуанкаре в 1900-х годах. Он продемонстрировал, что хотя астрономы с легкостью могут предсказать, как два небесных тела будут двигаться вокруг общего центра тяжести, введение третьего гравитационного тела (вроде другой планеты или Солнца) воспрепятствует окончательному аналитическому решению уравнений движения. Это делает невозможным в принципе предсказание долгосрочной эволюции системы.

Многие полагают, что практическая трудность в прогнозировании траектории системы лежит в отсутствии вычислительной мощности, и что в один прекрасный день даже это будет преодолено. Проблема такого подхода в том, что принцип неопределенности Гейзенберга поднимает свою уродливую голову снова и снова, ведь уровень чувствительности первичных условий системы должен быть релевантным вплоть до квантового уровня. Мы можем быть уверены в крупных событиях и в крупных масштабах, наблюдая их практически — иначе бы и лунные миссии никогда бы не достигали Луны. Но если мы хотим получить детализированную схему работы и взаимодействия множества вещей хотя бы в нашей системе, Вселенная каждый раз находит способ помешать нам в выяснении этих вещей.

Вселенная говорит нам то же, о чем догадывались философы — нет ничего, в чем можно быть уверенным на сто процентов, кроме существования собственного эго. И прежде чем мы перейдем к проблемам солипсизма, думаю, стоит поставить точку.

vtyulb | Блог линуксоида

Многие годы я восхищался экосистемой linux и opensource. Я видел насколько сложные задачи и интеграционные проблемы решают энтузиасты. Там же миллионы проблем:
— ядро
— bootloader
— драйвера
— тонна мелких утилит
— desktop environment

Читать далее →

Запись опубликована 31 июля, 2022 автором vlad в рубрике Linux и сервера, Программирование с метками говнокод, дебилы, программирование.

Несколько недель назад, без объявления войны, меня атаковал роскомпозор. Без моего стандартного vpn перестали открываться все сайты *.vtyulb.ru
Сначала сломался акадо, потом получил еще несколько внешних репортов, статистика 50/50. Пытался нагуглить себя в черных списках, не смог.

Спустя пару дней всплыли статьи с хабра:
https://habr.com/ru/news/t/594087/
https://habr.com/ru/news/t/594399/

Как известно, с террористами не договариваются, поэтому теперь у меня новый сервер. Tor relay (exit запрещен) развернут так, чтобы не задевать всех остальных.

Сначала прикрылся cloudflare. По политическим же мотивам, это было временным решением. Не нравится идея, что у кого-то есть полностью расшифрованный трафик. Целая точка отказа на самом деле, у меня же облако тоже здесь поднято.

Давно хотел себе новый сервер, помощнее, и с большим количеством ip-адресов, так что переезд надолго не задержался.

decent uptime

Читать далее →

Запись опубликована 28 декабря, 2021 автором vlad в рубрике Linux и сервера с метками дебилы, миграция, сервера.

В этом году узнал о соревновании меньше, чем за неделю до начала. Документация была сложной, графика и плеер боев — страшные и непонятные, но меня купило малое количество участников. У меня было всего несколько дней на написание стратегии, но при 600 участниках это было не важно. Традиционно, основал свою архитектуру на максимальном количестве костылей. Забрал 224 место в первом раунде. После него нашел десятки ключевых багов, но толку исправлять их не было, потому что появилась куча народа, которые не успели написать стратегию к первому раунду. В общем, футболку выиграл, цель выполнил.

Очень обидно, что mail.ru решили не поддерживать старые соревнования. Было бы прикольно сохранить бои / таблицу результатов. А так от воспоминаний осталась только старая запись в блоге: https://blog.vtyulb.ru/?p=1113
Я вот в своей олимпиаде слежу, чтобы все контесты за все время были рабочими: https://ejudge.vtyulb.ru/ejudge/

Запись опубликована 3 февраля, 2021 автором vlad в рубрике Программирование с метками russianaicup, олимпиады, программирование.

К сожалению, у меня полностью отсутствует опыт решения CTF-контестов. Олимпиадного программирования — сколько угодно, а вот взламывать сайты мне было научиться негде. Первый раз поучаствовал во внутреннем соревновании яндекса, и решил только первую тестовую задачу. Сейчас уже почти все решения опубликованы, и тут я узнал, что в одной задаче, которую я не прочитал, нужно было взломать cryptsetup зашифрованный диск, имея на руках полный дамп памяти. Это было обидно, такое я мог бы сделать без проблем. Решил развлечься, и проверить на практике.

Спустя 3 инсталляции kali linux и несколько нерабочих (как обычно) инструкций, собрал что-то свое. Забавно, что на моем основном ноуте используется практически тот же режим шифрования, что и в дистрибутиве от безопасников. У меня xts-plain64/256, а у них xts-plain64/512. Интересно насколько реально провернуть такую атаку против ноутбука. Теоретически, наверное можно его охладить жидким азотом и переставить с него планку памяти, но вот смог ли кто-то такое в реальности сделать? Ну и еще интересно можно ли это сделать, если память просто распаяна будет.

Читать далее →

Запись опубликована 29 ноября, 2020 автором vlad в рубрике Linux и сервера, Развлечения с метками ctf, криптография.

Templates normally delegate all useful work to someone else; their job is obfuscation

Запись опубликована 9 июня, 2020 автором vlad в рубрике Программирование с метками юмор.

Есть такой смешной вопрос «Is shared_ptr thread-safe?». Обычно либо человек сразу понимает о чем речь, либо ответа понять сходу невозможно.

Проблема достаточно простая — shared_ptr нельзя модифицировать и читать из нескольких потоков одновременно. Контрольный блок дает thread-safe гарантии, тогда как сам shared_ptr — нет. Копирование shared_ptr состоит из трех операций:
— Скопировать указатель на объект
— Скопировать указатель на контрольный блок
— В контрольном блоке атомарно поднять refcount

Если во время чтения shared_ptr какие-то из этих полей будут обновлены, то мы можем поднять refcount не у того объекта, либо попытаться получить доступ к уничтоженному контрольному блоку. То что нельзя уничтожать объект shared_ptr во время его копирования достаточно очевидно, но то что его нельзя обновлять (за исключением манипуляций на refcount) — уже не так очевидно.

Пара лекций от Herb Sutter

Читать далее →

Запись опубликована 1 июня, 2020 автором vlad в рубрике Программирование с метками выходные, программирование, тесты.

Bitflip — наша реальность, а также про уже софтовые баги от мира С++. Очень крутой доклад, чужие баги всегда показывают что, где, когда и как было неправильно спроектировано. Это несет максимальное количество ценной информации.

Читать далее →

Запись опубликована 29 апреля, 2020 автором vlad в рубрике Железо, Программирование.

Москва, ул. Перовская 36к4, вид из окна

Запись опубликована 26 апреля, 2020 автором vlad в рубрике Исторические фотографии с метками фото.

Сломался у меня значит правый кулер. Года полтора он умирал, умирал, и к новому году он так и не умер. Проблема в том что FullHd ноут у меня проигрывает не включая кулеры, а 720p60fps уже нет. А правый кулер трещит, и умирать отказывается. Днем вроде бы и не слышно, а вот ночью вполне слышно.

Для замены кулера надо было лезть очень глубоко, поэтому я тянул и тянул. Но в конце концов решил, что заодно поменяю верхний пластик на ноуте, который немного постарел (он же называется palmrest). Кулеры пришлось брать в комплекте за 3000р, palmrest обошелся в 1500р. 30 декабря я торжественно сел пересобирать свой ноут. Я ничего не боялся, а стоило бы. Но у меня же была полная инструкция: https://pcsupport.lenovo.com/us/en/products/laptops-and-netbooks/thinkpad-p-series-laptops/thinkpad-p50/parts/pd101159.

Вот так выглядит новый palmrest за 1500

А вот так комплект кулеров за 3000

Читать далее →

Запись опубликована 8 февраля, 2020 автором vlad в рубрике Железо, Исторические фотографии с метками выходные, ноут, фото.

На прошлых выходных было отвратительное настроение, поэтому я решил поставить какой-нибудь мировой рекорд, чтобы его немного улучшить. Естественно, тратить по 100+ (1000+) часов в игре — это не очень, поэтому я выбрал uplink, где кто-то создал удачную для меня категорию, в которой до меня не было ранов. Теперь есть)) https://www.speedrun.com/uplink

Самое сложное было настроить линукс на снятие видео с рабочего стола. В процессе я понял, что спидранить в fullscreen режиме не получится. Пришлось уменьшать разрешение с FullHD до 1366×768, а сам uplink запускать в 1280×720 в оконном режиме. Также убрал vsync в kwin, и кое-как настроил таймер, чтобы мой speedrun выглядел как speedrun, а не как walkthrough. На прохождение ушло, как ни странно, больше 6 часов (по версии steam), потому что последнюю миссию мне удалось пройти всего лишь второй раз в жизни, она достаточно сложная.

По-хорошему, конечно, надо бы от рана отрезать 5-10 минут, но мне уже лень, все равно рекорд зафиксирован, а соревноваться со мной вряд ли кто будет.

Запись опубликована 8 декабря, 2019 автором vlad в рубрике Развлечения с метками speedrun, uplink, без интернета жизни нет, выходные, извращения.

Сколько атомов в наблюдаемой Вселенной?

(Изображение предоставлено Shutterstock)

Вся материя во Вселенной — неважно, большая она, маленькая, молодая или старая — состоит из атомов .

Каждый из этих строительных блоков состоит из положительно заряженного ядра, состоящего из протонов и нейтронов, и отрицательно заряженных электронов, вращающихся по орбите. Количество протонов, нейтронов и электронов, которыми обладает атом, определяет, к какому элементу он принадлежит в периодической таблице , и влияет на то, как он реагирует с другими атомами вокруг него. Все, что вы видите вокруг себя, — это просто конфигурация различных атомов, взаимодействующих друг с другом уникальным образом. 927 (7 с последующими 27 нулями) атомов в среднем человеческом теле, согласно The Guardian . Учитывая это огромное количество атомов только в одном человеке, вы можете подумать, что невозможно определить, сколько атомов содержится во всей Вселенной. И вы будете правы: поскольку мы понятия не имеем, насколько велика вся вселенная на самом деле, мы не можем узнать, сколько атомов в ней.

Однако можно приблизительно определить, сколько атомов содержится в наблюдаемой вселенной — той части вселенной, которую мы можем видеть и изучать, — используя некоторые космологические предположения и немного математики.

Наблюдаемая Вселенная

Вселенная была создана во время Большого Взрыва 13,8 миллиардов лет назад. Когда он взорвался, из единой точки с бесконечной массой и температурой Вселенная начала расширяться наружу и с тех пор не останавливается.

Поскольку Вселенной 13,8 миллиарда лет, а наблюдаемая Вселенная простирается от нас настолько далеко, насколько свет может пройти за время, прошедшее с момента рождения Вселенной, можно предположить, что наблюдаемая Вселенная простирается всего на 13,8 миллиарда световых лет во всех направлениях. . Но поскольку Вселенная постоянно расширяется, это не так. Когда мы наблюдаем далекое 9Галактика 0003 или звезда, то, что мы действительно видим, это то, где она была, когда она впервые излучала свет. Но к тому времени, когда свет достигает нас, галактика или звезда оказывается намного дальше, чем была, когда мы ее видели. Используя космическое микроволновое фоновое излучение, мы можем определить, насколько быстро расширяется Вселенная, и поскольку эта скорость постоянна — что в настоящее время является лучшим предположением ученых (хотя некоторые ученые считают, что она может замедляться) — это означает, что наблюдаемая Вселенная на самом деле простирается на 46 миллиардов световых лет во всех направлениях, согласно дочернему сайту Live Science 9.0003 Space.com .

Но знание того, насколько велика наблюдаемая Вселенная, не говорит нам всего, что мы знаем о том, сколько в ней атомов. Нам также нужно знать, сколько в нем материи или вещества.

Обратите внимание, как расширилась Вселенная с тех пор, как 13,8 миллиарда лет назад произошел Большой взрыв. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Космические предположения

Однако материя — не единственная вещь во Вселенной. На самом деле, согласно 92, энергия и масса, или материя, взаимозаменяемы, поэтому материя может быть создана из энергии или преобразована в нее. Но в космических масштабах Вселенной мы можем предположить, что количество созданной и несотворенной материи уравновешивает друг друга. Это означает, что материя конечна, поэтому в наблюдаемой Вселенной столько же атомов, сколько всегда было, согласно Scientific American . Это важно, потому что наша картина наблюдаемой Вселенной — это не единичный снимок во времени.

Согласно нашим наблюдениям за известной Вселенной, физические законы, управляющие ею, везде одинаковы. В сочетании с предположением о постоянном расширении Вселенной это означает, что в больших масштабах материя равномерно распределена по всему космосу — концепция, известная как космологический принцип. Другими словами, во Вселенной нет областей, в которых материи больше, чем в других. Эта идея позволяет ученым точно оценить количество звезд и галактик в наблюдаемой Вселенной, что полезно, поскольку большинство атомов находится внутри звезд.

Упрощение уравнения

Зная размер наблюдаемой Вселенной и то, что материя равномерно и конечно распределена по ней, значительно упрощается вычисление числа атомов. Однако есть еще несколько предположений, которые мы должны сделать, прежде чем мы приступим к работе с калькулятором.

Во-первых, мы должны предположить, что все атомы содержатся внутри звезд, даже если это не так. К сожалению, у нас гораздо менее точное представление о том, сколько планет, лун и космических камней находится в наблюдаемой Вселенной по сравнению со звездами, а значит, добавить их в уравнение сложнее. Но поскольку подавляющее большинство атомов во Вселенной содержится внутри звезд, мы можем получить хорошее приблизительное представление о количестве атомов во Вселенной, вычислив, сколько атомов содержится в звездах, и проигнорировав все остальное.

Во-вторых, мы должны предположить, что все атомы во Вселенной состоят из атомов водорода и атомов, хотя это не так. По данным Лос-Аламосской национальной лаборатории , атомы водорода составляют около 90% всех атомов во Вселенной, и еще больший процент атомов в звездах, на которых мы сосредоточены. 82.

Первоначально опубликовано на Live Science.

Гарри — штатный писатель Live Science из Великобритании. Он изучал морскую биологию в Эксетерском университете (кампус Пенрин) и после его окончания завел собственный блог «Морское безумие», который продолжает вести вместе с другими энтузиастами океана. Он также интересуется эволюцией, изменением климата, роботами, исследованием космоса, сохранением окружающей среды и всем, что окаменело. Когда он не на работе, его можно застать за просмотром научно-фантастических фильмов, игрой в старые игры про покемонов или бегом (вероятно, медленнее, чем ему хотелось бы).

Сколько атомов во Вселенной?

Ни для кого не секрет, что Вселенная чрезвычайно обширна. То, что мы можем наблюдать (также известное как «известная Вселенная»), оценивается примерно в 93 миллиарда световых лет. Это довольно впечатляющее число, особенно если учесть, что это единственное, что мы наблюдали до сих пор. И, учитывая огромный объем этого пространства, можно было бы ожидать, что количество материи, содержащейся внутри, будет таким же впечатляющим.

Но что интересно, когда вы смотрите на этот вопрос в самом маленьком масштабе, цифры становятся самыми ошеломляющими. Например, считается, что в пределах нашей наблюдаемой Вселенной существует от 120 до 300 секстиллионов (это от 1,2 x 10²³ до 3,0 x 10²³) звезд. Но при ближайшем рассмотрении, в атомном масштабе, цифры становятся еще более невообразимыми.

На этом уровне предполагается, что в известной наблюдаемой Вселенной находится от 10 ⁷⁸ до 10 ⁸² атомов. С точки зрения непрофессионала, это составляет от десяти квадриллионов вигинтиллонов до ста тысяч квадриллионов вигинтиллонов атомов.

И все же эти цифры не совсем точно отражают, сколько материи действительно может содержать Вселенная. Как уже говорилось, эта оценка учитывает только наблюдаемую Вселенную, которая достигает 46 миллиардов световых лет в любом направлении, и основана на том, куда расширение пространства привело самые отдаленные наблюдаемые объекты.

История Вселенной начинается с Большого Взрыва. Изображение предоставлено: grandunificationtheory.com

В то время как немецкий суперкомпьютер недавно провел моделирование и подсчитал, что в пределах досягаемости наблюдения существует около 500 миллиардов галактик, по более консервативной оценке это число составляет около 300 миллиардов. Поскольку количество звезд в галактике может достигать 400 миллиардов, то общее количество звезд вполне может составлять около 1,2×10 90 121 23 90 122 — или чуть более 100 секстиллионов.

В среднем каждая звезда может весить около 10 ³⁵ граммов. Таким образом, общая масса будет примерно 10 ⁵⁸ грамма (это 1,0 x 10 ⁵² метрических тонны). Поскольку известно, что каждый грамм вещества содержит около 10 90 121 24 90 122 протонов или примерно такое же количество атомов водорода (поскольку один атом водорода имеет только один протон), то общее число атомов водорода будет приблизительно равно 90 013 10 90 121 86 90 122. — ака. сто тысяч квадриллионов вигинтиллонов.

В этой наблюдаемой Вселенной эта материя однородно распределена по всему пространству, по крайней мере, при усреднении расстояний, превышающих 300 миллионов световых лет. Однако в меньших масштабах материя формируется в сгустки иерархически организованной светящейся материи, с которыми мы все знакомы.

Короче говоря, большинство атомов сконденсированы в звезды, большинство звезд сконденсированы в галактики, большинство галактик в скопления, большинство скоплений в сверхскопления и, наконец, в крупнейшие структуры, такие как Великая стена галактик (она же Великая стена Слоана). Стена). В меньших масштабах эти сгустки пронизаны облаками пылевых частиц, газовыми облаками, астероидами и другими небольшими сгустками звездного вещества.

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

Наблюдаемое вещество Вселенной также распространяется изотропно; это означает, что ни одно направление наблюдения не кажется отличным от любого другого, и каждая область неба имеет примерно одинаковое содержание. Вселенная также купается в волне высокоизотропного микроволнового излучения, что 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 утверждает, что физические законы действуют одинаково во всей Вселенной и, следовательно, не должны создавать наблюдаемых неоднородностей в крупномасштабной структуре. Эта теория была подкреплена астрономическими наблюдениями, которые помогли наметить эволюцию структуры Вселенной с тех пор, как она была изначально заложена Большим взрывом.

В настоящее время ученые согласны с тем, что подавляющее большинство материи было создано в этом событии, и что с тех пор расширение Вселенной не добавило новую материю в уравнение. Скорее считается, что то, что происходило в течение последних 13,7 миллиардов лет, было просто расширением или рассеиванием первоначально созданных масс. То есть никакое количество материи, которой не было в начале, не было добавлено во время этого расширения.

Однако эйнштейновская эквивалентность массы и энергии несколько усложняет эту теорию. Это следствие специальной теории относительности, согласно которой добавление энергии к объекту постепенно увеличивает его массу. Между всеми слияниями и делениями атомы регулярно превращаются из частиц в энергии и обратно.

Плотность атомов слева (начало эксперимента) выше, чем через 80 миллисекунд после имитации Большого Взрыва. Кредит: Чен-Лунг Хун

Тем не менее, при крупномасштабных наблюдениях общая плотность материи во Вселенной остается неизменной с течением времени. Нынешняя плотность наблюдаемой Вселенной оценивается как очень низкая — примерно 9,9 × 10-³⁰ грамм на кубический сантиметр. Эта масса-энергия состоит на 68,3% из темной энергии, на 26,8% из темной материи и всего на 4,9% из 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 они могут быть равномерно распределены или организованы в виде сгустков, как обычная материя. Однако считается, что темная материя притягивается так же, как и обычная материя, и, таким образом, замедляет расширение Вселенной. Напротив, темная энергия ускоряет свое расширение.

Опять же, это число является лишь приблизительной оценкой. При использовании для оценки общей массы Вселенной она часто не соответствует тому, что предсказывают другие оценки. И, в конце концов, то, что мы видим, — это всего лишь меньшая часть целого.

У нас есть много статей, связанных с количеством материи во Вселенной, здесь, во Вселенной сегодня, например, Сколько галактик во Вселенной и Сколько звезд в Млечном Пути?

У НАСА также есть следующие статьи о Вселенной, например, Сколько существует галактик? и эта статья о Звездах в нашей Галактике. 9{83}$ атомов во Вселенной?

Спросил
1 год, 3 месяца назад

Изменено
1 год, 3 месяца назад

Просмотрено
3к раз

$\begingroup$

Я учусь в средней школе. Я предполагал, что во Вселенной будет невероятно огромное количество атомов, если не бесконечное. Недавно я наткнулся на несколько статей, в которых утверждается, что ученые считают, что во Вселенной существует 10 90 121 83 90 122 атомов. Я не уверен, стоит ли мне верить в это, мне кажется, что это небольшое число. В среднем только у человека 10 ²⁷ атома, так что мне кажется неубедительным, что во всей Вселенной всего 10 ⁸³ атомов.

вселенная

$\endgroup$

$\begingroup$

Это разумная оценка количества атомов в наблюдаемой Вселенной.

Это может показаться небольшим числом по сравнению с числом атомов в организме человека только из-за неспособности нашего мозга иметь интуитивное представление об очень больших числах и экспоненциальных масштабах. 9В 56 раз больше, чем что-то еще, разница между суммами невообразимо большая.

$\endgroup$

$\begingroup$

Да, это число приемлемо для нашей наблюдаемой Вселенной. Проблема с представлением десятичных обозначений чисел заключается в том, что каждая добавленная цифра может представлять примерно в 10 раз больше числа.

Большинство других ответов просто говорят, что это число огромно, и дают представления с абстрактными числами. Но хотелось бы придать физический смысл. Если вы не понимаете следующее, просто перейдите к концу. 9{27}$ Плотно упакованные нейтроны дают радиус около $0,85\мкм$.

Физическое значение: Полученный нами радиус — это приблизительное расстояние между Солнцем и Нептуном. Нейтрон очень мал. И представьте себе их кучу, сложенную в сферу с радиусом орбиты Нептуна.

Вау.

$\endgroup$

$\begingroup$

Сравнить

 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 (10^27)
 1 00 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 (10^83)
 9{56}$ раз позади друг друга.