우주의 모든 물질은 크든 작든 작든 크든 상관없이 원자.
이러한 각 빌딩 블록은 양성자와 중성자로 구성된 양으로 하전 된 핵과 그 주위를 도는 음으로 하전 된 전자로 구성됩니다. 원자가 가진 양성자, 중성자 및 전자의 수에 따라 원자가 속한 원소가 결정됩니다. 주기율표 그것은 주변의 다른 원자와 상호 작용하는 방식에 영향을 미칩니다. 주변에서 볼 수있는 모든 것은 독특한 방식으로 서로 상호 작용하는 서로 다른 원자의 구성 일뿐입니다.
그렇다면 모든 것이 원자로 구성되어 있다면 우주에 원자가 몇 개 있는지 아나요?
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“작은”으로 시작하면 평균적인 인체에는 약 7 옥 틸리 온 또는 7 x 10 ^ 27 (7 뒤에 0 27 개) 원자가 있다고합니다. 야경꾼. 한 사람의 엄청난 양의 원자를 감안할 때 전체 우주의 원자 수를 결정하는 것이 불가능하다고 생각할 것입니다. 그리고 당신이 옳을 것입니다 : 우리는 전체 우주가 얼마나 큰지 모르기 때문에 우리는 내부에 얼마나 많은 원자가 있는지 알 수 없습니다.
그러나 원자의 수를 대략적으로 계산할 수 있습니다. 알아 차릴 수있다 우주-우리가보고 연구 할 수있는 우주의 일부-우주 론적 가정과 약간의 수학을 사용합니다.
보이는 우주
우주는 대폭발 138 억년 전. 우주가 무한한 질량과 온도의 단일 지점에서 폭발했을 때 우주는 바깥쪽으로 팽창하기 시작했고 그 이후로 멈추지 않았습니다.
우주의 나이는 138 억 년이고 관측 가능한 우주는 우주가 탄생 한 이래로 시간이 지남에 따라 빛이 이동할 수있는만큼 우리로부터 멀어지기 때문에 관측 가능한 우주는 각 방향으로 138 억 광년 만 연장된다고 가정 할 수 있습니다. 그러나 우주는 지속적으로 팽창하고 있기 때문에 그렇지 않습니다. 거리를 알아 차릴 때 은하 또는 별, 우리가 실제로 보는 것은 빛이 처음 방출되었을 때의 위치입니다. 그러나 빛이 우리에게 도달 할 때 쯤이면 은하 나 별은 우리가 보았을 때보 다 훨씬 더 멀리 떨어져 있습니다. 우주 마이크로파 배경 복사를 사용하여 우주가 얼마나 빠르게 팽창하고 있는지 알아낼 수 있습니다.이 속도가 일정하기 때문에 현재 과학자들의 가장 좋은 추측입니다 (일부 과학자들은 속도가 느려질 수 있다고 생각하지만). 이는 관측 가능한 우주가 실제로 46 개에 걸쳐 있음을 의미합니다. 자매 사이트 Live Science에 따르면 Trends에서 10 억 광년 Space.com.
그러나 관측 가능한 우주의 크기를 안다고해서 그 안에있는 원자의 수에 대해 우리가 아는 모든 것을 말해주지는 않습니다. 우리는 또한 그 안에 얼마나 많은 물질이나 사물이 있는지 알아야합니다.
우주 가정
그러나 물질 만이 우주에서 유일한 것은 아닙니다. 사실, 우주의 약 5 % 만 차지한다고합니다. NASA. 나머지는 암흑 에너지 그리고 암흑 물질하지만 원자로 만들어지지 않았기 때문에이 퍼즐 때문에 걱정할 필요가 없습니다.
나에게 아인슈타인 유명한 방정식 E = mc ^ 2, 에너지와 질량 또는 물질은 상호 교환이 가능하므로 물질을 생성하거나 에너지로 변환 할 수 있습니다. 하지만 질서 있는 우주의 크기는 생성 된 물질과 생성되지 않은 물질의 양이 서로 상쇄된다고 가정 할 수 있습니다. 이것은 물질이 유한하다는 것을 의미하므로 보이는 우주에는 그 어느 때보 다 동일한 수의 원자가 있습니다. Scientific American. 관측 가능한 우주에 대한 우리의 이미지가 시간의 단일 스냅 샷이 아니기 때문에 이것은 중요합니다.
알려진 우주에 대한 우리의 관찰에 따르면, 우주를 지배하는 물리적 법칙은 모든 곳에서 동일합니다. 우주의 팽창이 일정하다는 가정과 결합하면, 이것은 대규모로 물질이 우주 전체에 균일하게 분포한다는 것을 의미합니다. 이것은 우주 원리로 알려진 개념입니다. 즉, 우주에는 다른 것보다 더 많은 물질을 포함하는 지역이 없습니다. 이 아이디어를 통해 과학자들은 관측 가능한 우주에서 별과 은하의 수를 정확하게 추정 할 수 있으며, 이는 대부분의 원자가 별 내부에서 발견되기 때문에 유용합니다.
방정식을 단순화
관측 가능한 우주의 크기와 그 물질이 균일하고 유한하게 분포되어 있다는 것을 알면 원자 수를 계산하는 것이 훨씬 쉬워집니다. 그러나 계산기를 게시하기 전에 몇 가지 가정을해야합니다.
첫째, 우리는 모든 원자가 별은 아니지만 별 안에 있다고 가정해야합니다. 불행히도 우리는 관측 가능한 우주에 별보다 얼마나 많은 행성, 달 및 우주 암석이 있는지에 대해 덜 정확한 아이디어를 가지고 있으므로 방정식에 추가하기가 어렵습니다. 그러나 우주의 대부분의 원자는 별 안에 포함되어 있기 때문에, 우리는 별에 얼마나 많은 원자가 있는지 알고 다른 모든 것을 무시함으로써 우주의 원자 수에 대한 좋은 근사치를 얻을 수 있습니다.
둘째, 우주의 모든 원자가 존재한다고 가정해야합니다 수소 원자는 아니지만. 수소 원자는 우주 전체 원자의 약 90 %를 차지한다. 로스 알 라모스 국립 연구소, 그리고 우리가 집중하는 별의 원자 비율이 더 높습니다. 곧 알게 되겠지만 계산이 훨씬 간단 해집니다.
계산을하다
이제 마침내 수학을 할 시간입니다.
관측 가능한 우주의 원자 수를 계산하려면 질량을 알아야합니다. 즉, 별이 몇 개 있는지 알아야합니다. 관측 가능한 우주에는 약 10 ^ 11에서 10 ^ 12 개의 은하가 있으며 각 은하에는 10 ^ 11에서 10 ^ 12 개의 별이 있습니다. 유럽 우주국. 이것은 우리에게 10 ^ 22에서 10 ^ 24 개의 별을줍니다. 이 계산의 목적을 위해 관측 가능한 우주에 10 ^ 23 개의 별이 있다고 말할 수 있습니다. 물론 그것은 최선의 추측입니다. 은하계는 크기와 별의 개수가 다양 할 수 있지만 개별적으로 셀 수 없기 때문에 지금은 그렇게해야합니다.
평균적으로 별의 무게는 약 2.2 x 10 ^ 32 파운드 (10 ^ 32kg)라고합니다. 과학 ABC이것은 우주의 질량이 약 2.2 x 10 ^ 55 파운드 (10 ^ 55kg)임을 의미합니다. 이제 물질의 질량이나 양을 알았으니 원자가 몇 개 있는지 알아야합니다. 평균적으로 물질 1 그램에는 약 10 ^ 24 개의 양성자가 포함되어 있습니다. Fermilab일리노이에있는 국립 입자 물리학 연구소. 이것은 각 수소 원자가 하나의 양성자를 포함하기 때문에 동일한 수의 수소 원자임을 의미합니다 (이것이 수소 원자에 대해 이전에 가정 한 이유입니다).
이것은 관측 가능한 우주에서 10 ^ 82 개의 원자를 제공합니다. 그것을 맥락에 넣으면, 그것은 100,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 원자입니다.
이 수치는 수많은 추정치와 가정을 기반으로 한 대략적인 추측 일뿐입니다. 그러나 관측 가능한 우주에 대한 우리의 현재 이해를 고려할 때 현실과 너무 멀어 질 것 같지는 않습니다.
원래 Live Science에 게시되었습니다.
“음악 팬. 매우 겸손한 탐험가. 분석가. 여행 괴짜. 익스트림 TV 전문가. 게이머.”
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