9 宇宙中到底有多少粒子?
易梯呦的話:以下章節(jié)是我從書中截取的,希望讓大家有閱讀的興趣,雖然只是復(fù)制粘貼,還希望得到一個小小的贊、小小的硬幣。以酬謝那小小的汗水。Thanks?(?ω?)?
9 宇宙中到底有多少粒子?
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實際上,這個問題不可能有肯定的答案,這首先是因為沒有人能確切地知道宇宙有多大。但是,我們可以作一些假設(shè)。
有人曾作過一個估計,認(rèn)為在我們這個宇宙中大約有100,000,000,000(亦即1011)個星系。這些星系,平均來說,每一個的質(zhì)量都比太陽的質(zhì)量大100,000,000,000(亦即1011)倍。
這就等于說,宇宙間物質(zhì)總量等于太陽質(zhì)量的1011×1011(亦即1022)倍。換句話說,宇宙間的全部物質(zhì)足夠形成10,000,000,000,000,000,000,000(亦即1022)個太陽。
太陽的質(zhì)量是2×1033克。這就等于說,宇宙間的全部物質(zhì)的質(zhì)量是1022×2×1033(或者說2×1055)克。這個數(shù)字可以寫為20,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000克。
現(xiàn)在讓我們再從另一個方面來看一看。宇宙的質(zhì)量幾乎完全集中在它所含有的核子中(核子是組成原子核的主要粒子)。核子是很小很小的東西,需要有6×1023個核子才能構(gòu)成一克物質(zhì)。?PS:核子是質(zhì)子嗎?
既然需要有6×1023個核子才能構(gòu)成一克物質(zhì),既然宇宙中含有2×1055克物質(zhì),那么宇宙間總共就應(yīng)該有6×1023×2×1055(或者說12×1078個核子。為方便起見,可以把這個數(shù)字寫為1.2×1079。
天文學(xué)家認(rèn)為,宇宙間有90%的原子是氫,9%的原子是氦,其余1%則是各種更為復(fù)雜的元素。就是說,在含有100個原子的一個典型樣本中應(yīng)當(dāng)含有90個氫原子,9個氦原子和1個別的原子(比方說一個氧原子)。我們知道,每個氫原子的原子核有一個核子,即質(zhì)子。每個氦原子核含有4個核子,即2個質(zhì)子和2個中子。每個氧原子核含有16個核子,即8個質(zhì)子和8個中子。
因此,這100個原子總共應(yīng)當(dāng)含有142個核子,亦即116個質(zhì)子和26個中子。
這兩類核子有一個區(qū)別。中子不帶電荷,因此不必去考慮同它相伴隨的粒子(電子)。質(zhì)子帶正電荷,因此,既然整個宇宙被認(rèn)為是電中性的,所以只要有一個質(zhì)子存在,就應(yīng)該有一個電子(帶有一個負(fù)電荷)和它同時存在。
這樣,每有142個核子,就應(yīng)該有116個電子(以便和116個質(zhì)子相平衡)。為了保持這一比例,宇宙間的1.2×1079個核子就應(yīng)該伴隨有1×1079個電子。把這些核子和電子加在一起,我們就得出宇宙間全部物質(zhì)所含粒子總數(shù)應(yīng)為2.2×1079。我們可以把這個數(shù)字寫為22,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000。
如果宇宙是由一半物質(zhì)和一半反物質(zhì)組成,那么,這些粒子中就應(yīng)當(dāng)有一半是反核子和正電子。但是,這并不影響總數(shù)。
宇宙間大量存在的另一些粒子是光子、中微子,也許有引力子,但它們都是沒有質(zhì)量的粒子,所以沒有把它們計算在內(nèi)。因此,總的說來,我們這個宇宙共有22×1078個粒子。它們構(gòu)成了一個相當(dāng)大的宇宙。