Sva materija u svemiru – bez obzira koliko velika, mala, mlada ili stara, sastavljena je od atoma…

Od čega se sastoje atomi ?

Svaki atom sastoji se od pozitivno nabijene jezgre, koju čine protoni, neutroni i negativno nabijenih elektroni. Broj protona, neutrona i elektrona koji atom ima određuje kojem elementu pripada na periodnom sustavu. To također utječe na reakciju s drugim atomima oko sebe. Sve što vidite oko sebe samo je konfiguracija različitih atoma koji međusobno komuniciraju na jedinstvene načine.

Koliko je atoma u svemiru?

Za početak postoji oko 7 oktilliona, ili 7×10 ^ 27 (7 nakon čega slijedi 27 nula), atoma u prosječnom ljudskom tijelu, prema The Guardianu. S obzirom na ovu ogromnu sumu atoma samo u jednoj osobi, mogli biste pomisliti da je nemoguće utvrditi koliko atoma ima u cijelom svemiru. I bili biste u pravu: budući da nemamo pojma koliko je zapravo velik svemir, ne možemo znati sa sigurnošću koliko je atoma u njemu.

Međutim, moguće je približno izračunati koliko je atoma u promatranom svemiru – dijelu svemira koji možemo vidjeti i proučavati – koristeći neke kozmološke pretpostavke i malo matematike.

Vidljivi svemir

Svemir je stvoren za vrijeme Velikog praska prije 13,8 milijardi godina. Nakon što je eksplodirao, iz jedne točke beskonačne mase i temperature, svemir se počeo širiti prema van i od tada se nije zaustavio.

Budući da je svemir star 13,8 milijardi godina, a proteže se toliko daleko od nas koliko svjetlost može putovati u vremenu od rođenja svemira, mogli biste pretpostaviti da se vidljivi svemir proteže samo 13,8 milijardi svjetlosnih godina u svim smjerovima.

Ali budući da se svemir neprestano širi, to nije slučaj. Kad promatramo daleku galaksiju ili zvijezdu, ono što zapravo vidimo je mjesto gdje je bila kad je prvi put emitirala svjetlost. Dok svjetlost dođe do nas, galaksija ili zvijezda je daleko udaljenija nego što je bila kad smo je vidjeli.

Koristeći kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje možemo utvrditi koliko se brzo svemir širi, a budući da je ta brzina konstantna – što je trenutno najbolja pretpostavka znanstvenika (iako neki znanstvenici misle da možda usporava) – to znači da veličina se veličina vidljivog svemira zapravo proteže 46 milijardi svjetlosnih godina u svim smjerovima.

Koliko ima materije u svemiru?

Nažalost, materija nije jedina stvar u svemiru. Ona čini samo oko 5% svemira, prema NASA-i. Ostalo se sastoji od tamne energije i tamne materije. Srećom njih ne čine atomi pa o njima ne moramo voditi računa prilikom ove kalkulacije.

Prema Einsteinovoj poznatoj jednadžbi E = mc ^ 2, energija i masa ili materija su međusobno zamjenjive pa je moguće da se tvar stvori iz ili transformira u – energiju. Na razini svemira možemo pretpostaviti da se količina stvorene i nestvorene materije međusobno poništava. To znači da je materija konačna tako da u promatranom svemiru postoji isti broj atoma kao i uvijek do sada, prema časopisu Scientific American. To je važno jer naša slika vidljivog svemira nije samo jedan trenutak u vremenu.

Kozmološki princip

Prema našim dosadašnjim opažanjima vidljivog svemira, fizikalni zakoni koji njime upravljaju svugdje su isti. U kombinaciji s pretpostavkom da je širenje svemira konstantno, to znači da je materija jednoliko raspoređena po svemiru – koncept poznat kao kozmološki princip. Drugim riječima, ne postoje regije svemira koje imaju više materije od drugih. Ova ideja omogućava znanstvenicima da točno procijene broj zvijezda i galaksija u promatranom svemiru, što je korisno jer se većina atoma nalazi unutar zvijezda.

Poznavanje veličine vidljivog svemira i činjenice da je materija jednako i konačno raspoređena po njemu, omogućava nam mnogo lakše izračunavanje broja atoma. Međutim, postoji još nekoliko pretpostavki koje moramo napraviti prije nego što zgrabimo kalkulator.

Prepostavke

Prvo, moramo pretpostaviti da su svi atomi sadržani u zvijezdama, iako nisu. Nažalost, imamo puno manje preciznu predodžbu o tome koliko ima planeta, mjeseci i asteroida u vidljivom svemiru na spram koliko ima zvijezda, što znači da ih je teže dodati u jednadžbu. Unatoč tome, velika je većina atoma u svemiru sadržana u zvijezdama i stoga možemo dobiti dobru aproksimaciju broja atoma u svemiru računanjem koliko atoma ima u zvijezdama i zanemarujući sve ostalo.

Drugo, moramo pretpostaviti da su svi atomi u svemiru atomi vodika, iako nisu. Atomi vodika čine oko 90% ukupnih atoma u svemiru, prema Los Alamos National Laboratory, i još veći postotak atoma u zvijezdama, na što smo usredotočeni. Kao što ćete vidjeti uskoro, to također čini izračune puno jednostavnijim.

Vidljivi svemir

U prosjeku je zvijezda teška oko 10 ^ 32 kilograma, prema Science ABC, što znači da je masa svemira oko 10 ^ 55 kilograma. Sad kad znamo masu ili količinu materije, moramo vidjeti koliko atoma stane u nju. Prema Fermilabu, nacionalnom laboratoriju za fiziku čestica u Illinoisu, svaki gram materije ima oko 10 ^ 24 protona. To znači da je isti kao i broj atoma vodika, jer svaki atom vodika ima samo jedan proton (otuda i zašto smo ranije pretpostavili o atomima vodika).

Konačni rezultati

To nam daje 10 ^ 82 atoma u vidljivom svemiru. Da stavimo to u kontekst, to je 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 atoma.

Ovaj je broj samo okvirna pretpostavka, temeljena na brojnim aproksimacijama i pretpostavkama. Ali s obzirom na naše trenutno razumijevanje vidljivog svemira, malo je vjerojatno da je stvaran rezultat daleko od tog broja.

Kosmos