كل مادة في الكون ، سواء كانت كبيرة أو صغيرة أو صغيرة أو كبيرة ، تتكون من ذرات.
كل من هذه اللبنات تتكون من نواة موجبة الشحنة ، تتكون من البروتونات والنيوترونات ، والإلكترونات سالبة الشحنة التي تدور حولها. يحدد عدد البروتونات والنيوترونات والإلكترونات في الذرة العنصر الذي تنتمي إليه الجدول الدوري ويؤثر على كيفية تفاعله مع الذرات الأخرى المحيطة به. كل ما تراه من حولك هو مجرد تكوين لذرات مختلفة تتفاعل مع بعضها البعض بطرق فريدة.
إذا كان كل شيء مصنوعًا من الذرات ، فهل نعرف كم عدد الذرات الموجودة في الكون؟
متعلق ب: لماذا يبدو الفضاء أسود؟
لبدء “صغيرة” ، هناك حوالي 7 أوكتليون ، أو 7 × 10 ^ 27 (7 تليها 27 صفراً) ، ذرات في جسم الإنسان المتوسط ، وفقًا لـ الحارس. بالنظر إلى هذا الكم الهائل من الذرات في شخص واحد ، قد تعتقد أنه سيكون من المستحيل تحديد عدد الذرات في الكون بأسره. وستكون على حق: لأنه ليس لدينا فكرة عن الحجم الحقيقي للكون بأسره ، لا يمكننا معرفة عدد الذرات فيه.
ومع ذلك ، من الممكن حساب عدد الذرات تقريبًا في يمكن ملاحظتها الكون – الجزء من الكون الذي يمكننا رؤيته ودراسته – باستخدام بعض الافتراضات الكونية وقليل من الرياضيات.
الكون المرئي
تم إنشاء الكون خلال الانفجار العظيم منذ 13.8 مليار سنة. عندما انفجر الكون من نقطة واحدة لا نهائية من الكتلة ودرجة الحرارة ، بدأ الكون في التوسع إلى الخارج ولم يتوقف منذ ذلك الحين.
نظرًا لأن عمر الكون يبلغ 13.8 مليار سنة ، والكون المرئي يمتد بعيدًا عنا بقدر ما يمكن للضوء أن ينتقل من ولادة الكون ، فقد تفترض أن الكون المرئي لا يمتد أكثر من 13.8 مليار سنة ضوئية في جميع الاتجاهات. لكن لأن الكون يتوسع باستمرار ، فهو ليس كذلك. عندما نلاحظ المسافة المجرة أو نجمًا ، ما نراه حقًا هو المكان الذي كان فيه عندما انبعث الضوء لأول مرة. ولكن بحلول الوقت الذي يضربنا فيه الضوء ، تكون المجرة أو النجم بعيدًا جدًا عما كان عليه عندما رأيناه. باستخدام إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف ، يمكننا تحديد مدى سرعة تمدد الكون ، ولأن هذا المعدل ثابت – وهو أفضل تخمين للعلماء حاليًا (على الرغم من أن بعض العلماء يعتقدون أنه يمكن أن يتباطأ) – هذا يعني أن الكون المرئي يمتد فعليًا على 46 مليار ضوء سنوات في جميع الاتجاهات ، وفقًا للموقع الشقيق لـ Live Science Espace.com.
لكن معرفة حجم الكون المرئي لا يخبرنا بكل شيء نعرفه عن عدد الذرات التي يحتويها. نحتاج أيضًا إلى معرفة مقدار المادة أو الأشياء الموجودة.
الفرضيات الكونية
ومع ذلك ، فإن المادة ليست الشيء الوحيد في الكون. في الواقع ، إنها تشكل فقط حوالي 5٪ من الكون ، وفقًا لـ ناسا. يتكون الباقي من الطاقة المظلمة و مادة سوداءولكن لأنها ليست مصنوعة من ذرات ، فلا داعي للقلق بشأنها بسبب هذا اللغز.
متعلق ب: ماذا يحدث في الفضاء بين المجرات؟
بحسب أن أينشتاين المعادلة الشهيرة E = mc ^ 2 ، الطاقة والكتلة ، أو المادة ، قابلة للتبادل ، لذلك من الممكن أن تكون المادة قد تم إنشاؤها أو تحويلها إلى طاقة. ولكن على كوني حجم الكون ، يمكننا أن نفترض أن كمية المادة التي تم إنشاؤها وغير المخلوقة تلغي بعضها البعض. هذا يعني أن المادة محدودة ، لذلك هناك نفس عدد الذرات في الكون المرئي كما كان دائمًا ، وفقًا لـ عالم أمريكي. هذا مهم لأن صورتنا للكون المرئي ليست لقطة واحدة في الوقت المناسب.
وفقًا لملاحظاتنا عن الكون المعروف ، فإن القوانين الفيزيائية التي تحكمه هي نفسها في كل مكان. بالاقتران مع افتراض أن توسع الكون ثابت ، هذا يعني أنه على نطاق واسع يتم توزيع المادة بالتساوي في جميع أنحاء الكون – وهو مفهوم يعرف باسم المبدأ الكوني. بمعنى آخر ، لا توجد مناطق في الكون تحتوي على مادة أكثر من غيرها. تسمح هذه الفكرة للعلماء بتقدير عدد النجوم والمجرات بدقة في الكون المرئي ، وهو أمر مفيد لأن معظم الذرات توجد في النجوم.
بسّط المعادلة
إن معرفة حجم الكون المرئي وتلك المادة موزعة بشكل متساوٍ ودقيق في جميع أنحاءه يجعل من السهل جدًا حساب عدد الذرات. ومع ذلك ، نحتاج إلى وضع المزيد من الافتراضات قبل أن نخرج الآلة الحاسبة.
أولاً ، علينا أن نفترض أن جميع الذرات موجودة في النجوم ، على الرغم من أنها ليست كذلك. لسوء الحظ ، لدينا فكرة أقل دقة عن عدد الكواكب والأقمار والصخور الفضائية في الكون المرئي مقارنة بالنجوم ، مما يعني أنه من الصعب إضافتها إلى المعادلة. ولكن نظرًا لأن الغالبية العظمى من الذرات في الكون محتواة في النجوم ، يمكننا الحصول على تقريب جيد لعدد الذرات في الكون من خلال معرفة عدد الذرات الموجودة في النجوم وتجاهل كل شيء آخر. الراحة.
ثانيًا ، يجب أن نفترض أن كل ذرات الكون موجودة هيدروجين ذرات ، حتى لو لم تكن كذلك. تشكل ذرات الهيدروجين حوالي 90٪ من مجموع الذرات في الكون مختبر لوس ألاموس الوطني، ونسبة أعلى من الذرات في النجوم التي نركز عليها. كما سترى قريبًا ، فإن هذا أيضًا يجعل الحسابات أبسط بكثير.
احسب
الآن ، حان الوقت أخيرًا لإجراء العمليات الحسابية.
لحساب عدد الذرات في الكون المرئي ، نحتاج إلى معرفة كتلته ، مما يعني أننا بحاجة إلى معرفة عدد النجوم الموجودة. يوجد ما يقرب من 10 ^ 11 إلى 10 ^ 12 مجرة في الكون المرئي ، وتحتوي كل مجرة على ما بين 10 ^ 11 و 10 ^ 12 نجمة ، اعتمادًا على وكالة الفضاء الأوروبية. هذا يعطينا ما بين 10 ^ 22 و 10 ^ 24 نجمة. لغرض هذا الحساب ، يمكننا القول أن هناك 10 ^ 23 نجمة في الكون المرئي. بالطبع ، هذا أفضل تخمين فقط. يمكن أن تختلف المجرات في الحجم وعدد النجوم ، ولكن نظرًا لأنه لا يمكننا عدها بشكل فردي ، فسيتعين على ذلك القيام بالخدعة في الوقت الحالي.
في المتوسط ، يزن النجم حوالي 2.2 × 10 ^ 32 رطلاً (10 ^ 32 كجم) ، وفقًا لـ ABC للعلوم، مما يعني أن كتلة الكون تبلغ حوالي 2.2 × 10 ^ 55 رطلاً (10 ^ 55 كجم). الآن بعد أن عرفنا كتلة المادة أو مقدارها ، نحتاج إلى معرفة عدد الذرات الموجودة فيها. في المتوسط ، يحتوي كل جرام من المادة على حوالي 10 ^ 24 بروتونًا ، وفقًا لـ فيرميلاب، وهو مختبر وطني لفيزياء الجسيمات في إلينوي. هذا يعني أنه هو نفسه عدد ذرات الهيدروجين ، لأن كل ذرة هيدروجين تحتوي على بروتون واحد فقط (ومن هنا سبب وضعنا الفرضية السابقة حول ذرات الهيدروجين).
هذا يعطينا 10 ^ 82 ذرة في الكون المرئي. لوضع ذلك في السياق ، فهو 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 ذرة.
هذا الرقم هو مجرد تقدير تقريبي ، بناءً على عدد من التقديرات والافتراضات. ولكن بالنظر إلى فهمنا الحالي للكون المرئي ، فمن غير المرجح أن يكون بعيدًا جدًا عن الواقع.
نُشرت في الأصل على Live Science.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”