Содержание
Сколько атомов во Вселенной? | New-Science.ru
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.
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 миллиарда 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 миллиарда 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.
Сколько атомов во вселенной, и как их подсчитали?
Главная » Космос
Космос
Автор Кирилл Шевелев На чтение 2 мин Опубликовано Обновлено
Содержание:
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.
Интересный факт: Через 300 млн лет стали формироваться галактики, однако их внешний вид был далек от нынешнего. Лишь через несколько миллиардов лет они постепенно примут форму диска.
Сколько атомов во Вселенной, и как их подсчитали?
Один из вариантов представления вселенной
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 1033 грамм, и большая часть атомов принадлежит водороду. А их количество в одном грамме этого вещества равно числу Авогадро – 1024.
Интересно: Созвездие Большая Медведица, сколько звезд, их названия, легенда, как выглядит, схема, фото и видео
И если умножить количество галактик на количество звезд, и на количество атомов в одном светиле, то получится значение, равное 1080. 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 1080. 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.
Поделиться с друзьями
Оцените автора
( 1 оценка, среднее 4 из 5 )
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 вмещать 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 для 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 23 — или чуть более 100 секстиллионов.
В среднем каждая звезда может весить около 10 35 граммов. Таким образом, общая масса будет примерно 10 58 граммов (это 1,0 x 10 52 метрических тонн). Поскольку известно, что каждый грамм вещества содержит около 10 24 протонов или примерно такое же количество атомов водорода (поскольку один атом водорода имеет только один протон), то общее число атомов водорода будет приблизительно равно 10 86 . — 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 сгущаются в звезды, большинство звезд сгущаются 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 граммов 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.
У нас также есть выпуски подкаста от Astronomy Cast на тему галактик и переменных звезд.
Нравится:
Нравится Загрузка…
Сколько атомов находится 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 в атоме определяет, к какому элементу он принадлежит на 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 0071 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.
0071 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 космическом масштабе 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 количества 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.