宇宙中的所有物質 - 無論大小，小，年輕，都是由原子。
這些構建塊中的每一個都由一個帶正電荷的核，由質子和中子組成，並帶負電荷的軌道電子。原子的質子，中子和電子的數量決定了它屬於哪個元素週期表並影響它與周圍其他原子的反應。您周圍看到的所有內容都是以獨特的方式相互交互的不同原子的配置。
因此，如果一切都是由原子製成的，我們知道宇宙中有多少原子嗎？
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首先，“小”，大約有7000億，或7x10^27（7個零27零），原子平均人體， 根據監護人。鑑於僅在一個人中就有大量的原子，您可能會認為不可能確定整個宇宙中有多少原子。您會說的是：因為我們不知道整個宇宙的真正大小，所以我們找不到其中有多少原子。
但是，可以大約弄清楚多少原子可觀察宇宙 - 我們可以看到和研究的宇宙的一部分 - 使用一些宇宙學假設和一些數學。
可觀察到的宇宙
宇宙是在大霹靂138億年前。隨著它的存在，從一個無限的質量和溫度的點開始，宇宙開始向外擴展，此後一直沒有停止。
因為宇宙已經有138億年的歷史了，並且可觀察到的宇宙距離我們距離我們很遠，因為宇宙誕生以來光線可以旅行，因此您可能會假設可觀察到的宇宙只沿著各個方向延伸138億光年。但是，由於宇宙在不斷擴展，因此情況並非如此。當我們觀察到一個遙遠的星系或者，我們真正看到的是它首次發出光線時的位置。但是，當燈光到達我們時，銀河系或星星比我們看到的距離要遠得多。使用宇宙微波背景輻射，我們可以弄清楚宇宙的擴展速度，並且由於該速度是恆定的 - 目前是科學家的最佳猜測（儘管有些科學家認為它可能會放緩） - 這意味著可觀察到的宇宙實際上在所有方向上都在各個方向上延伸了460億個光線space.com。
但是，知道可觀察到的宇宙的大小並不能告訴我們我們知道的有關其中有多少原子的一切。我們還需要知道其中有多重要。
宇宙假設
但是，物質不是宇宙中唯一的事情。實際上，它僅佔宇宙的5％NASA。其餘由暗能量和暗物質，但是由於它們不是由原子組成的，所以我們不必為此而擔心它們。
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根據愛因斯坦的著名的E = MC^2方程，能量和質量或物質是可以互換的，因此可以從或轉化為能量。但是在宇宙宇宙的比例，我們可以假設創建和未創建的物質互相取消。這意味著重要的是有限的，因此可觀察到的宇宙中的原子與往常一樣科學美國人。這很重要，因為我們對可觀察到的宇宙的圖片並不是及時的單個快照。
根據我們對已知宇宙的觀察，統治它的物理定律到處都是相同的。結合以下假設：宇宙的擴展是恆定的，這意味著，在整個宇宙中，物質在整個宇宙中均勻分佈 - 一種稱為宇宙學原理的概念。換句話說，沒有比其他地區更重要的區域。這個想法使科學家可以準確估計可觀察到的宇宙中恆星和星系的數量，這很有用，因為大多數原子都在恆星中發現。
簡化方程式
了解可觀察到的宇宙的大小，並且物質在其上同樣有限分佈，因此計算原子數量變得容易得多。但是，在打破計算器之前，我們還需要做出更多假設。
首先，我們必須假設所有原子都包含在恆星中，即使它們不是。不幸的是，我們對可觀察到的宇宙中有多少行星，衛星和太空岩石與恆星相比，我們的精確率要少得多，這意味著將它們添加到方程式中更難。但是，由於宇宙中的絕大多數原子都包含在恆星中，因此我們可以通過弄清楚恆星中有多少原子並忽略其他所有物質來獲得宇宙中原子數量的近似值。
其次，我們必須假設宇宙中的所有原子都是氫原子，即使不是。氫原子約佔宇宙總原子的90％洛斯阿拉莫斯國家實驗室，以及我們關注的恆星中的原子比例更高。如您所見，這也使計算變得更加簡單。
做數學
現在，終於是時候進行數學了。
要確定可觀察到的宇宙中原子的數量，我們需要知道其質量，這意味著我們必須找出有多少顆星。可觀察到的宇宙中有大約10^11至10^12個星系，每個星系包含10^11和10^12星之間。歐洲航天局。這使我們在10^22到10^24星之間。為了進行計算，我們可以說可觀察到的宇宙中有10^23星。當然，這只是一個最好的猜測。星系的尺寸和恆星數可以範圍範圍，但是由於我們不能單獨計數它們，因此目前必須這樣做。
平均而言，一顆星星重約2.2x10^32磅（10^32公斤）科學ABC，這意味著宇宙的質量約為2.2x10^55磅（10^55千克）。現在我們知道了質量或物質，我們需要查看有多少原子適合其中。平均而言，每克物質的質子約為10^24個質子關閉，伊利諾伊州粒子物理實驗室。這意味著它與氫原子的數量相同，因為每個氫原子只有一個質子（因此，為什麼我們對氫原子進行了較早的假設）。
這為我們提供了可觀察到的宇宙中的10^82原子。 To put that into context, that is 10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 atoms.
基於許多近似值和假設，這個數字只是一個粗略的猜測。但是，鑑於我們目前對可觀察到的宇宙的理解，這不太可能離得太遠。
編者註：本文於2021年7月12日美國東部時間12:10更新，以從10^82號碼中刪除額外的零。
最初發表在現場科學上。
