宇宙中有多少个原子?

宇宙广袤无边已经是众所周知的事情,可观测宇宙粗略估计有930亿光年,这是一个庞大数字,考虑到这个空间的体积,里面包含的物质数量一定也会非常之庞大.

但有趣的是，当你在小的尺度上看这个问题时，这个数字变得最令人难以置信。例如，在我们可观察的宇宙中存在到个恒星。但仔细观察，在原子尺度上，估计在已知的可观察宇宙中有到个原子。

然而，这些数字并不能准确反映出宇宙可以真正拥有多少物质。正如已经说明的那样，这个估计仅仅考虑半径460亿光年的可观测宇宙，这是目前人类能观测到的最远物体的位置。

德国的一台超级计算机最近进行了模拟，并估计在观测范围内存在大约5000亿个星系，但更为保守的估计数据显示该数字约为3000亿。由于星系中的恒星数量可以达到4000亿，那么恒星的总数可能大约为。

平均而言，每颗恒星的重量约为克。因此，总质量约为克（即吨）。由于已知每克物质具有约个质子，或大约相同数量的氢原子（因为一个氢原子仅具有一个质子），因此氢原子的总数将大约为。

在可观察的宇宙中，物质在整个太空中均匀分布，至少在距离超过3亿光年的情况下平均。然而，在较小的尺度上，物质会形成我们都熟悉的发光物质的团块。

简而言之，大多数原子被凝聚成恒星，大多数恒星凝聚成星系，大多数星系聚为星系团，大多数星系聚为超星系团，最后进入最大尺度的结构，如长城星系（又称斯隆长城）。在较小的范围内，这些团块充斥着尘埃粒子，气体云，小行星和其他小团块的恒星云层。

宇宙的可观测物质是各向同性地传播的；这意味着所有方向都具有大致相同的内容。宇宙沐浴在高度各向同性的微波辐射中，对应于大约2.725开尔文（刚好高于绝对零度）的热平衡。

大规模宇宙是均匀的和各向同性的假设被称为宇宙学原理。这表明物理定律在整个宇宙中均匀地起作用，因此在大规模结构中不应产生可观察到的不规则性。这一理论得到了天文观测的支持，这些观测有助于描绘宇宙结构自大爆炸以来的演变。

科学家们目前的共识是，绝大多数物质都是在宇宙大爆炸产生的，宇宙膨胀从未增加新的物质。过去137亿年来所发生的事情只不过是最初创造出的物质的扩张或分散。也就是说，在宇宙膨胀过程中没有添加任何开头不存在的物质。

然而，爱因斯坦对质量和能量的等价性给这一理论带来了轻微的复杂性。这是由狭义相对论引起的结果，其中向物体添加能量逐渐增加其质量。在所有融合和裂变之间，原子经常从粒子转换为能量并再次返回。

然而，在大规模观察中，宇宙的总物质密度随着时间的推移保持不变。可观测宇宙的当前密度估计非常低 - 大约克/立方厘米。这种质量能量似乎由68.3％的暗能量，26.8％的暗物质和4.9％的普通（发光）物质组成。因此，对于每四立方米体积，原子密度约为单个氢原子。

暗能量和暗物质的性质在很大程度上是未知的，并且可以像正常物质一样均匀地分布或组织成团块。然而，人们认为暗物质像普通物质一样倾向于物质，因此可以减缓宇宙的膨胀。相比之下，暗能量加速其扩张。

这个数字只是一个粗略的估计。在估计宇宙的总质量时，它通常不如其他估计方法。最后，我们看到的只是整体的一小部分。