Elke materie in het universum – hoe groot of klein of klein of groot ook – bestaat uit atomen.
Elk van deze bouwstenen bestaat uit een positief geladen kern, bestaande uit protonen en neutronen, en negatief geladen elektronen die eromheen draaien. Het aantal protonen, neutronen en elektronen dat een atoom heeft, bepaalt tot welk element het behoort Periodiek systeem Het beïnvloedt hoe het interageert met andere atomen eromheen. Alles wat je om je heen ziet, is slechts een samenstelling van verschillende atomen die op unieke manieren met elkaar omgaan.
Dus als alles uit atomen bestaat, weten we dan hoeveel atomen er in het universum zijn?
Verwant: Waarom lijkt de ruimte zwart?
Om “klein” te beginnen, zijn er ongeveer 7 octiljoen, of 7 x 10^27 (7 gevolgd door 27 nullen), atomen in het gemiddelde menselijk lichaam, volgens Wachter. Gezien deze enorme hoeveelheid atomen in slechts één persoon, zou je denken dat het onmogelijk zou zijn om het aantal atomen in het hele universum te bepalen. En je zou gelijk hebben: aangezien we geen idee hebben hoe groot het hele universum is, kunnen we niet weten hoeveel atomen erin zitten.
Het is echter mogelijk om ruwweg het aantal atomen in te berekenen Kan worden opgemerkt Het universum – het deel van het universum dat we kunnen zien en bestuderen – met behulp van enkele kosmologische veronderstellingen en een beetje wiskunde.
zichtbaar universum
Het universum is ontstaan tijdens de grote explosie 13,8 miljard jaar geleden. Toen het universum explodeerde vanuit een enkel punt met oneindige massa en temperatuur, begon het universum naar buiten uit te dijen en is sindsdien niet meer gestopt.
Aangezien het heelal 13,8 miljard jaar oud is en het waarneembare heelal zich zo ver van ons vandaan uitstrekt als licht kan reizen in de tijd sinds de geboorte van het heelal, zou je kunnen veronderstellen dat het waarneembare heelal zich in elke richting slechts 13,8 miljard lichtjaar uitstrekt. Maar omdat het heelal voortdurend uitdijt, is dit niet het geval. Wanneer we een afstand opmerken heelal Of een ster, wat we echt zien is waar hij was toen het licht voor het eerst werd uitgezonden. Maar tegen de tijd dat het licht ons bereikt, is de melkweg of ster veel verder weg dan toen we hem zagen. Met behulp van de kosmische achtergrondstraling van de microgolf kunnen we bepalen hoe snel het universum uitdijt, en omdat deze snelheid constant is – momenteel de beste schatting van wetenschappers (hoewel sommige wetenschappers denken dat het langzamer gaat) – betekent dit dat het waarneembare heelal zich daadwerkelijk uitstrekt tot 46 miljard lichtjaar in Trends, volgens zustersite WordsSideKick.com Space.com.
Maar de grootte van het waarneembare heelal kennen, vertelt ons niet alles wat we weten over het aantal atomen erin. We moeten ook weten hoeveel stof of dingen erin zitten.
kosmische veronderstellingen
Maar materie is niet het enige in het heelal. In feite maakt het slechts ongeveer 5% van het universum uit, volgens NASA. De rest bestaat uit donkere energie En de donkere materieMaar omdat het niet van atomen is gemaakt, hoef je je er door deze puzzel geen zorgen over te maken.
Verwant: Wat gebeurt er in de intergalactische ruimte?
naar mij Einstein De beroemde vergelijking E = mc ^ 2, energie en massa, of materie, zijn uitwisselbaar, dus het is mogelijk om materie te creëren of om te zetten in energie. maar verder kosmisch Door de grootte van het heelal kunnen we aannemen dat de hoeveelheid gecreëerde en ongeschapen materie elkaar opheffen. Dit betekent dat materie eindig is, dus er zijn evenveel atomen in het zichtbare heelal als altijd, volgens Wetenschappelijke Amerikaan. Dit is belangrijk omdat ons beeld van het waarneembare heelal geen enkele momentopname is.
Volgens onze waarnemingen van het bekende universum zijn de natuurwetten die het beheersen overal hetzelfde. Gecombineerd met de aanname dat de uitdijing van het heelal constant is, betekent dit dat op grote schaal de materie gelijkmatig over het heelal is verdeeld – een concept dat bekend staat als het kosmologische principe. Met andere woorden, er zijn geen gebieden in het universum die meer materie bevatten dan andere. Met dit idee kunnen wetenschappers het aantal sterren en sterrenstelsels in het waarneembare heelal nauwkeurig schatten, wat handig is omdat de meeste atomen in sterren worden gevonden.
vereenvoudig de vergelijking
Als je weet hoe groot het waarneembare heelal is en dat materie gelijkmatig en eindig is verdeeld, is het veel gemakkelijker om het aantal atomen te tellen. Er zijn echter een paar aannames die we moeten maken voordat we de rekenmachine publiceren.
Ten eerste moeten we aannemen dat alle atomen zich in sterren bevinden, ook al zijn ze dat niet. Helaas hebben we een minder nauwkeurig idee van hoeveel planeten, manen en ruimterotsen er in het waarneembare heelal zijn dan sterren, wat betekent dat het moeilijk is om aan de vergelijking toe te voegen. Maar aangezien de overgrote meerderheid van de atomen in het universum zich in sterren bevindt, kunnen we een goede benadering krijgen van het aantal atomen in het universum door gewoon te weten hoeveel atomen er in sterren zijn en al het andere te negeren.
Ten tweede moeten we aannemen dat alle atomen van het universum bestaan waterstof atomen, hoewel ze dat niet zijn. Waterstofatomen maken ongeveer 90% uit van het totale aantal atomen in het heelal, volgens Nationaal laboratorium Los Alamos, en een hoger percentage van de atomen van de sterren waarop we ons concentreren. Zoals je snel zult zien, maakt het de berekeningen een stuk eenvoudiger.
berekeningen maken
Nu is het eindelijk tijd om de wiskunde te doen.
Om het aantal atomen in het waarneembare heelal te berekenen, moeten we de massa weten, wat betekent dat we moeten weten hoeveel sterren er zijn. Er zijn ongeveer 10^11 tot 10^12 sterrenstelsels in het waarneembare heelal, en elk sterrenstelsel bevat tussen de 10^11 en 10^12 sterren, volgens Europees Ruimteagentschap. Dit geeft ons tussen de 10^22 en 10^24 sterren. Voor deze berekening kunnen we zeggen dat er 10^23 sterren in het waarneembare heelal zijn. Dat is natuurlijk een beste gok; Sterrenstelsels kunnen variëren in grootte en aantal sterren, maar aangezien we ze niet afzonderlijk kunnen tellen, zullen we dat voorlopig moeten doen.
Gemiddeld weegt een ster ongeveer 2,2 x 10^32 pond (10^32 kg), volgens: Wetenschap ABC, wat betekent dat de massa van het heelal ongeveer 2,2 x 10^55 pond (10^55 kg) is. Nu we de massa of de hoeveelheid van een stof kennen, moeten we weten hoeveel atomen het heeft. Gemiddeld bevat elke gram materie ongeveer 10^24 protonen, volgens FermilabNationaal laboratorium voor deeltjesfysica in Illinois. Dit betekent dat het hetzelfde aantal waterstofatomen is, omdat elk waterstofatoom maar één proton bevat (daarom hebben we eerder een aanname gedaan over waterstofatomen).
Dit geeft ons 10^82 atomen in het waarneembare heelal. Om dat in context te plaatsen, dat zijn 100.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 atomen.
Dit aantal is slechts een ruwe schatting, gebaseerd op een aantal schattingen en aannames. Maar gezien ons huidige begrip van het waarneembare heelal, is het onwaarschijnlijk dat het te ver van de werkelijkheid verwijderd zou zijn.
Oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.
‘Webgeek. Wannabe-denker. Lezer. Freelance reisevangelist. Liefhebber van popcultuur. Gecertificeerde muziekwetenschapper.’
