كم عدد الذرات في الكون المرئي؟

مقدمه

لحسن الحظ ، ليس علينا حساب واحد تلو الآخر. كل مادة في الكون – بغض النظر عن حجمها أو صغرها – تتكون من ذرات. كل من هذه اللبنات محاطة بنوى ذرية موجبة الشحنة (تتكون من البروتونات والنيوترونات) والإلكترونات سالبة الشحنة. يحدد عدد البروتونات والنيوترونات والإلكترونات التي تمتلكها الذرة العنصر الذي تنتمي إليه في الجدول الدوري ، ويؤثر على تفاعلها مع الذرات الأخرى المحيطة بها. كل ما تراه من حولك هو مزيج من ذرات مختلفة تتفاعل بطرق فريدة. لذا ، إذا كان كل شيء مصنوعًا من الذرات ، فهل نعرف كم عدد الذرات في الكون؟ وفقًا لتقرير “الجارديان” ، بدءًا من “صغير” ، يوجد حوالي 7 أوكتليون في متوسط ​​جسم الإنسان ، أي 7 × 10 ^ 27 (7 تليها 27 صفرًا) ذرة. بالنظر إلى أن الشخص لديه الكثير من الذرات ، قد تعتقد أنه من المستحيل تحديد عدد الذرات في الكون بأسره. أنت محق: لأننا لا نعرف حجم الكون بأكمله ، لا نعرف عدد الذرات فيه. ومع ذلك ، يمكن استخدام بعض الافتراضات الكونية وبعض الرياضيات لحساب عدد الذرات تقريبًا في الكون المرئي (الجزء من الكون الذي يمكننا رؤيته ودراسته).

الكون المرئي

نشأ الكون خلال الانفجار العظيم قبل 13.8 مليار سنة. عندما انفجرت إلى الوجود ، من نقطة واحدة من الكتلة ودرجة الحرارة اللانهائية ، 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 يسافر في الوقت منذ ولادة الكون ، قد تفترض أن الكون المرئي يمتد فقط 13.8 مليار سنة ضوئية في كل اتجاه. لكن لأن الكون يتوسع باستمرار ، فهذا ليس هو الحال. عندما نلاحظ مجرة ​​أو نجمًا بعيدًا ، فإن ما نراه حقًا هو المكان الذي كانت فيه عندما انبعث الضوء لأول مرة. ولكن بحلول الوقت الذي يصل فيه الضوء إلينا ، تكون المجرة أو النجم أبعد بكثير مما كان عليه عندما رأيناه. باستخدام إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف ، يمكننا معرفة مدى سرعة توسع الكون ، ولأن هذا المعدل ثابت – وهو أفضل تخمين للعلماء حاليًا (على الرغم من أن بعض العلماء يعتقدون أنه قد يتباطأ) – فهذا يعني أن الكون المرئي في الواقع تمتد 46 مليار سنة ضوئية في جميع الاتجاهات ، وفقًا لموقع Space.com الشقيق لـ Live Science.

لكن معرفة حجم الكون المرئي لا يخبرنا بكل شيء نعرفه عن عدد الذرات فيه. نحتاج أيضًا إلى معرفة مقدار المادة أو الأشياء الموجودة فيه.

الافتراضات الكونية

لكن المادة ليست الشيء الوحيد في الكون. في الواقع ، تشكل حوالي 5٪ فقط من الكون ، وفقًا لوكالة ناسا. يتكون الباقي من الطاقة المظلمة والمادة المظلمة ، ولكن نظرًا لأنها ليست مكونة من ذرات ، فلا داعي للقلق بشأنها بسبب هذا اللغز.

ذات صلة: ماذا يحدث في الفضاء بين المجرات؟

وفقًا لمعادلة أينشتاين الشهيرة E = mc ^ 2 ، فإن الطاقة والكتلة ، أو المادة ، قابلة للتبادل ، لذلك من الممكن إنشاء المادة أو تحويلها إلى طاقة. ولكن على المقياس الكوني للكون ، يمكننا أن نفترض أن كمية المادة المتكونة وغير المخلوقة تلغي بعضها البعض. هذا يعني أن المادة محدودة ، لذلك هناك نفس عدد الذرات في الكون المرئي كما هو الحال دائمًا ، وفقًا لمجلة Scientific American. 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 بشكل موحد في جميع أنحاء الكون – وهو مفهوم يعرف باسم المبدأ الكوني. بعبارة أخرى ، 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 داخل النجوم.

تبسيط المعادلة

إن معرفة حجم الكون المرئي والتوزيع المنتظم والمحدود للمادة فيه يجعل من السهل حساب عدد الذرات. ومع ذلك ، قبل إصدار الآلة الحاسبة ، يجب علينا وضع بعض الافتراضات. أولاً ، يجب أن نفترض أن جميع الذرات موجودة داخل النجم ، حتى لو لم تكن كذلك. لسوء الحظ ، فإن فهمنا لعدد الكواكب والأقمار والصخور الفضائية الموجودة في الكون المرئي ليس دقيقًا مثل النجوم ، مما يعني أنه من الصعب إضافة إلى المعادلة. ولكن نظرًا لأن معظم الذرات الموجودة في الكون محتواة في النجوم ، فإننا نحتاج فقط إلى معرفة عدد الذرات الموجودة في النجم وتجاهل كل شيء آخر للحصول على تقدير تقريبي جيد لعدد الذرات في الكون. ثانيًا ، يجب أن نفترض أن كل ذرات الكون هي ذرات هيدروجين ، حتى لو لم تكن كذلك. وفقًا لبيانات من مختبر لوس ألاموس الوطني ، تمثل ذرات الهيدروجين حوالي 90٪ من إجمالي عدد الذرات في الكون ، كما أن نسبة الذرات في النجوم التي نشعر بالقلق بشأنها أعلى. كما سترى قريبًا ، فإنه يجعل العمليات الحسابية أسهل. قم بإجراء العمليات الحسابية الآن ، حان الوقت أخيرًا للقيام بالرياضيات. لحساب عدد الذرات في الكون المرئي ، نحتاج إلى معرفة كتلته ، مما يعني أنه يجب علينا معرفة عدد النجوم الموجودة. وفقًا لبيانات وكالة الفضاء الأوروبية ، يوجد ما يقرب من 10 ^ 11 إلى 10 ^ 12 مجرة ​​في الكون المرئي ، وتحتوي كل مجرة ​​على 10 ^ 11 إلى 10 ^ 12 نجمة. أعطانا هذا 10 ^ 22 إلى 10 ^ 24 نجمة. لغرض هذا الحساب ، يمكننا القول أن هناك 10 ^ 23 نجمة في الكون المرئي. بالطبع هذا هو أفضل تخمين ؛ يختلف حجم المجرات وعدد النجوم ، لكن بما أننا لا نستطيع حسابها بشكل منفصل ، يجب علينا فعل ذلك الآن. وفقًا لبيانات ABC العلمية ، يبلغ متوسط ​​وزن النجم حوالي 2.2 × 10 ^ 32 رطلاً (10 ^ 32 كجم) ، مما يعني أن كتلة الكون تبلغ حوالي 2.2 × 10 ^ 55 رطلاً (10 ^ 55 كجم). الآن بعد أن عرفنا كتلة المادة أو كميتها ، نحتاج إلى معرفة عدد الذرات الموجودة فيها. وفقًا لبيانات من المختبر الوطني لفيزياء الجسيمات في فيرميلاب ، إلينوي ، في المتوسط ​​، يحتوي كل جرام من المادة على حوالي 10 ^ 24 بروتونًا. هذا يعني أنه نفس عدد ذرات الهيدروجين ، لأن كل ذرة هيدروجين تحتوي على بروتون واحد فقط (وهذا هو السبب في أننا قمنا بافتراض ذرات الهيدروجين من قبل). هذا يوفر لنا 10 ^ 82 ذرة في الكون المرئي. ضعها في السياق ، وهو 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 ذرة. هذا الرقم هو مجرد تخمين تقريبي ، بناءً على بعض التقديرات والافتراضات. ولكن بالنظر إلى فهمنا الحالي للكون المرئي ، فمن غير المرجح أن يكون بعيدًا جدًا عن الواقع.

نحن نستخدم ملفات تعريف الارتباط لنمنحك أفضل تجربة ممكنة على موقعنا. بالمتابعة في استخدام هذا الموقع، فإنك توافق على استخدامنا لملفات تعريف الارتباط.
قبول