Cada matéria no universo – não importa quão grande ou pequena ou pequena ou grande – é composta de átomos.
Cada um desses blocos de construção consiste em um núcleo com carga positiva, composto de prótons e nêutrons, e elétrons com carga negativa orbitando ao redor deles. O número de prótons, nêutrons e elétrons que um átomo possui determina a qual elemento ele pertence Tabela periódica Afeta como ele interage com outros átomos ao seu redor. Tudo o que você vê ao seu redor é apenas uma composição de diferentes átomos que interagem entre si de maneiras únicas.
Então, se tudo é feito de átomos, sabemos quantos átomos existem no universo?
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Para começar “pequeno”, existem cerca de 7 octilhões, ou 7 x 10 ^ 27 (7 seguidos por 27 zeros), átomos no corpo humano médio, de acordo com Vigia. Dada essa enorme quantidade de átomos em apenas uma pessoa, você pensaria que seria impossível determinar o número de átomos em todo o universo. E você tem razão: como não temos ideia do tamanho de todo o universo, não podemos saber quantos átomos existem dentro dele.
No entanto, é possível calcular aproximadamente o número de átomos em Pode ser notado O universo – a parte do universo que podemos ver e estudar – usando algumas suposições cosmológicas e um pouco de matemática.
universo visível
O universo foi criado durante a grande explosão 13,8 bilhões de anos atrás. Quando explodiu em existência, a partir de um único ponto de massa e temperatura infinitas, o universo começou a se expandir e não parou desde então.
Uma vez que o universo tem 13,8 bilhões de anos e o universo observável se estende tão longe de nós quanto a luz pode viajar no tempo desde o nascimento do universo, você pode supor que o universo observável se estende apenas 13,8 bilhões de anos-luz em cada direção. Mas, como o universo está em constante expansão, esse não é o caso. Quando notamos uma distância galáxia Ou uma estrela, o que realmente vemos é onde estava quando a luz foi emitida pela primeira vez. Mas quando a luz chega até nós, a galáxia ou estrela está muito mais longe do que quando a vimos. Usando a radiação cósmica de fundo em micro-ondas, podemos calcular a velocidade com que o universo está se expandindo e, como essa taxa é constante – atualmente a melhor estimativa dos cientistas (embora alguns cientistas pensem que pode estar diminuindo) – significa que o universo observável na verdade se estende por 46 bilhões de anos-luz no Trends, de acordo com o site irmão Live Science Space.com.
Mas saber o tamanho do universo observável não nos diz tudo o que sabemos sobre o número de átomos nele. Também precisamos saber quanta substância ou coisas há nele.
suposições cósmicas
Mas a matéria não é a única coisa no universo. Na verdade, ele representa apenas cerca de 5% do universo, de acordo com NASA. O resto é feito de energia escura E a matéria escuraMas, como não é feito de átomos, você não precisa se preocupar com isso por causa desse quebra-cabeça.
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para mim Einstein A famosa equação E = mc ^ 2, energia e massa, ou matéria, são intercambiáveis, por isso é possível criar matéria ou convertê-la em energia. mas em cósmico O tamanho do universo, podemos assumir que a quantidade de matéria criada e não criada se cancelam mutuamente. Isso significa que a matéria é finita, portanto, há o mesmo número de átomos no universo visível de sempre, de acordo com Americano científico. Isso é importante porque nossa imagem do universo observável não é um único instantâneo no tempo.
De acordo com nossas observações do universo conhecido, as leis físicas que o governam são as mesmas em todos os lugares. Combinado com a suposição de que a expansão do universo é constante, isso significa que, em grande escala, a matéria é uniformemente distribuída por todo o universo – um conceito conhecido como princípio cosmológico. Em outras palavras, não há regiões no universo que contenham mais matéria do que outras. Essa ideia permite aos cientistas estimar com precisão o número de estrelas e galáxias no universo observável, o que é útil porque a maioria dos átomos é encontrada dentro das estrelas.
simplifique a equação
Saber o tamanho do universo observável e que a matéria é uniformemente e finitamente distribuída por ele torna muito mais fácil contar o número de átomos. No entanto, existem algumas suposições que devemos fazer antes de publicar a calculadora.
Em primeiro lugar, devemos assumir que todos os átomos estão dentro das estrelas, embora não estejam. Infelizmente, temos uma ideia menos precisa de quantos planetas, luas e rochas espaciais existem no universo observável do que estrelas, o que significa que é difícil adicionar à equação. Mas, como a grande maioria dos átomos do universo está contida em estrelas, podemos obter uma boa aproximação do número de átomos no universo apenas sabendo quantos átomos existem nas estrelas e ignorando todo o resto.
Em segundo lugar, devemos assumir que todos os átomos do universo existem hidrogênio átomos, embora não sejam. Os átomos de hidrogênio constituem cerca de 90% do total de átomos do universo, de acordo com Laboratório Nacional de Los Alamos, e uma porcentagem maior de átomos das estrelas em que nos concentramos. Como você verá em breve, ele torna os cálculos muito mais simples.
fazer cálculos
Agora, finalmente é hora de fazer as contas.
Para calcular o número de átomos no universo observável, precisamos saber sua massa, o que significa que temos que saber quantas estrelas existem. Existem cerca de 10 ^ 11 a 10 ^ 12 galáxias no universo observável, e cada galáxia contém entre 10 ^ 11 e 10 ^ 12 estrelas, de acordo com Agência Espacial Europeia. Isso nos dá entre 10 ^ 22 e 10 ^ 24 estrelas. Para efeitos deste cálculo, podemos dizer que existem 10 ^ 23 estrelas no universo observável. Claro, esse é o melhor palpite; As galáxias podem variar em tamanho e número de estrelas, mas como não podemos contá-las individualmente, teremos que fazer isso por enquanto.
Em média, uma estrela pesa cerca de 2,2 x 10 ^ 32 libras (10 ^ 32 kg), de acordo com Ciência ABC, o que significa que a massa do universo é de cerca de 2,2 x 10 ^ 55 libras (10 ^ 55 kg). Agora que sabemos a massa ou a quantidade de uma substância, precisamos saber quantos átomos ela possui. Em média, cada grama de matéria contém cerca de 10 ^ 24 prótons, de acordo com FermilabLaboratório Nacional de Física de Partículas em Illinois. Isso significa que é o mesmo número de átomos de hidrogênio, porque cada átomo de hidrogênio contém apenas um próton (razão pela qual fizemos uma suposição anterior sobre átomos de hidrogênio).
Isso nos dá 10 ^ 82 átomos no universo observável. Para colocar isso em contexto, são 100.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 de átomos.
Este número é apenas uma estimativa aproximada, com base em várias estimativas e suposições. Mas, dado nosso entendimento atual do universo observável, é improvável que esteja muito longe da realidade.
Originalmente publicado na Live Science.