كل مادة في الكون – مهما 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 التي تمتلكها 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.
لذا ، إذا كان كل شيء مصنوعًا من الذرات ، فهل نعرف كم عدد الذرات في الكون؟
متعلق ب: لماذا يبدو الفضاء الخارجي 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 فقط ، قد تعتقد أنه سيكون من المستحيل تحديد عدد الذرات في الكون بأكمله. وستكون على حق: نظرًا لعدم وجود فكرة عن حجم الكون بأكمله ، لا يمكننا معرفة عدد الذرات الموجودة بداخله.
ومع ذلك ، من الممكن حساب عدد الذرات تقريبًا في يمكن ملاحظتها الكون – الجزء من الكون الذي يمكننا رؤيته ودراسته – باستخدام بعض الافتراضات الكونية وقليلًا من الرياضيات.
الكون المرئي
تم إنشاء الكون خلال الانفجار العظيم قبل 13.8 مليار سنة. عندما انفجر الكون 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 ويمتد الكون المرئي بعيدًا عنا بقدر ما يمكن للضوء أن يسافر في الوقت منذ ولادة الكون ، فقد 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 مسافة بعيدة المجرة أو نجمة ، ما نراه حقًا هو المكان الذي كان 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 Live Science الشقيق موقع Space.com.
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 ، إنها تشكل حوالي 5٪ فقط من الكون ، وفقًا لـ ناسا. يتكون الباقي من الطاقة المظلمة و المادة المظلمةولكن لأنها ليست مكونة من ذرات ، فلا داعي للقلق بشأنها بسبب هذا اللغز.
متعلق ب: ماذا يحدث في الفضاء بين المجرات؟
بالنسبة الى أينشتاين المعادلة الشهيرة E = mc ^ 2 ، الطاقة والكتلة ، أو المادة ، قابلة للتبادل ، لذلك من الممكن إنشاء المادة 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 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 وتلك المادة موزعة بشكل متساوٍ ومحدود عبره يجعل من السهل كثيرًا حساب عدد الذرات. ومع ذلك ، هناك عدد قليل من الافتراضات التي يتعين علينا القيام بها قبل نشر الآلة الحاسبة.
أولاً ، يجب أن نفترض أن جميع الذرات موجودة داخل النجوم ، على الرغم من أنها ليست كذلك. لسوء الحظ ، لدينا فكرة أقل دقة عن عدد الكواكب والأقمار والصخور الفضائية الموجودة في الكون المرئي مقارنة بالنجوم ، مما يعني أنه من الصعب إضافتها إلى المعادلة. ولكن نظرًا لأن الغالبية العظمى من الذرات في الكون محتواة داخل النجوم ، فيمكننا الحصول على تقريب جيد لعدد الذرات في الكون من خلال معرفة عدد الذرات الموجودة في النجوم وتجاهل كل شيء آخر.
ثانيًا ، يجب أن نفترض أن كل ذرات الكون موجودة هيدروجين ذرات ، على الرغم من أنها ليست كذلك. تمثل ذرات الهيدروجين حوالي 90٪ من إجمالي الذرات في الكون ، وفقًا لـ مختبر لوس ألاموس الوطني، ونسبة أعلى من ذرات النجوم التي نركز عليها. كما سترى قريبًا ، فإنه يجعل الحسابات أبسط كثيرًا.
القيام بالحسابات
الآن ، حان الوقت أخيرًا لإجراء العمليات الحسابية.
لحساب عدد الذرات في الكون المرئي ، نحتاج إلى معرفة كتلته ، مما يعني أنه يتعين علينا معرفة عدد النجوم الموجودة. يوجد حوالي 10 ^ 11 إلى 10 ^ 12 مجرة في الكون المرئي ، وتحتوي كل مجرة على ما بين 10 ^ 11 و 10 ^ 12 نجمة ، وفقًا لـ وكالة الفضاء الأوروبية. هذا يعطينا ما بين 10 ^ 22 و 10 ^ 24 نجمة. لأغراض هذا الحساب ، يمكننا القول أن هناك 10 ^ 23 نجمة في الكون المرئي. بالطبع ، هذا أفضل تخمين ؛ يمكن أن تتراوح المجرات في الحجم وعدد النجوم ، ولكن نظرًا لأنه لا يمكننا عدها بشكل فردي ، فسيتعين علينا القيام بذلك في الوقت الحالي.
في المتوسط ، يزن النجم حوالي 2.2 × 10 ^ 32 رطلاً (10 ^ 32 كجم) ، وفقًا لـ العلوم ABC، مما يعني أن كتلة الكون تبلغ حوالي 2.2 × 10 ^ 55 رطلاً (10 ^ 55 كجم). الآن بعد أن عرفنا الكتلة ، أو مقدار المادة ، نحتاج إلى معرفة عدد الذرات المناسبة لها. في المتوسط ، يحتوي كل جرام من المادة على حوالي 10 ^ 24 بروتونًا ، وفقًا لـ فيرميلاب، مختبر وطني لفيزياء الجسيمات في إلينوي. هذا يعني أنه هو نفسه عدد ذرات الهيدروجين ، لأن كل ذرة هيدروجين تحتوي على بروتون واحد فقط (ولهذا السبب قمنا بافتراض سابق حول ذرات الهيدروجين).
هذا يعطينا 10 ^ 82 ذرة في الكون المرئي. لوضع ذلك في سياقه ، هذا هو 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 ذرة.
هذا الرقم هو مجرد تخمين تقريبي ، بناءً على عدد من التقديرات والافتراضات. ولكن بالنظر إلى فهمنا الحالي للكون المرئي ، فمن غير المرجح أن يكون بعيدًا جدًا عن الواقع.
نُشر في الأصل على Live Science.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”
