Toda la materia del universo, no importa cuán grande, pequeña, joven o vieja, está hecha de átomos.
Cada uno de estos bloques de construcción consta de un núcleo cargado positivamente compuesto por protones y neutrones y electrones en órbita cargados negativamente. El número de protones, neutrones y electrones que tiene un átomo determina a qué elemento pertenece en el tabla periodica e influye en cómo reacciona con otros átomos a su alrededor. Todo lo que ves a tu alrededor es solo una configuración de diferentes átomos que interactúan entre sí de formas únicas.
Entonces, si todo está hecho de átomos, ¿sabemos cuántos átomos hay en el universo?
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Para empezar «pequeño», hay alrededor de 7 octillones, o 7×10 ^ 27 (7 seguido de 27 ceros), átomos en un cuerpo humano promedio, según El guardián. Dada esta gran suma de átomos en una sola persona, podría pensar que sería imposible determinar cuántos átomos hay en todo el universo. Y tienes razón: dado que no tenemos idea de cuán grande es todo el universo, no podemos averiguar cuántos átomos hay en él.
Sin embargo, es posible calcular aproximadamente cuántos átomos hay en el observable universo – la parte del universo que podemos ver y estudiar – usando algunas suposiciones cosmológicas y un poco de matemáticas.
el universo observable
El universo fue creado durante el Big Bang Hace 13,8 mil millones de años. A medida que explotó a la existencia desde un solo punto de masa y temperatura infinitas, el universo comenzó a expandirse y no se ha detenido desde entonces.
Dado que el universo tiene 13.800 millones de años y el universo observable se extiende tan lejos de nosotros como la luz puede viajar desde que nació el universo, se puede suponer que el universo observable se extiende solo 13.800 millones de años luz en todas las direcciones. Pero dado que el universo se expande constantemente, este no es el caso. Cuando observamos un distante galaxia o estrella, lo que realmente vemos es dónde estaba cuando emitió la luz por primera vez. Pero cuando la luz nos llega, la galaxia o estrella está mucho más lejos que cuando la vimos. Usando radiación cósmica de fondo de microondas, podemos averiguar qué tan rápido se está expandiendo el universo, y debido a que esa tasa es constante, que actualmente es la mejor estimación de los científicos (aunque algunos científicos piensan que puede estar disminuyendo), eso significa que el universo observable en realidad se extiende 46 mil millones de años luz en todas las direcciones, según el sitio hermano de Live Science Space.com.
Pero saber qué tan grande es el universo observable no nos dice todo lo que sabemos sobre cuántos átomos contiene. También necesitamos saber cuánta materia o cosas hay en él.
supuestos cósmicos
Sin embargo, la materia no es lo único en el universo. De hecho, representa solo alrededor del 5% del universo, según NASA. El resto consiste en energía oscura y materia oscura, pero debido a que no están hechos de átomos, no debemos preocuparnos por ellos debido a este misterio.
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De acuerdo con de Einstein En la famosa ecuación E = mc ^ 2, la energía y la masa, o materia, son intercambiables, por lo que es posible que la materia se cree o se convierta en energía. pero no cósmico escala del universo, podemos suponer que la cantidad de materia creada y no creada se cancela entre sí. Esto significa que la materia es finita, por lo que hay el mismo número de átomos en el universo observable que siempre hubo, según científico americano. Esto es importante porque nuestra imagen del universo observable no es una sola instantánea en el tiempo.
Según nuestras observaciones del universo conocido, las leyes físicas que lo gobiernan son las mismas en todas partes. Combinado con la suposición de que la expansión del universo es constante, esto significa que, a gran escala, la materia se distribuye uniformemente por todo el cosmos, un concepto conocido como principio cosmológico. En otras palabras, no hay regiones del universo que tengan más materia que otras. Esta idea permite a los científicos estimar con precisión la cantidad de estrellas y galaxias en el universo observable, lo cual es útil porque la mayoría de los átomos se encuentran dentro de las estrellas.
simplificando la ecuación
Conocer el tamaño del universo observable y si la materia está distribuida de manera uniforme y finita hace que sea mucho más fácil calcular el número de átomos. Sin embargo, hay algunas suposiciones más que debemos hacer antes de usar la calculadora.
Primero, debemos asumir que todos los átomos están contenidos en las estrellas, aunque no lo están. Desafortunadamente, tenemos una idea mucho menos precisa de cuántos planetas, lunas y rocas espaciales hay en el universo observable en comparación con las estrellas, lo que significa que es más difícil agregarlos a la ecuación. Pero dado que la gran mayoría de los átomos del universo están contenidos en estrellas, podemos obtener una buena aproximación del número de átomos en el universo averiguando cuántos átomos hay en las estrellas e ignorando todo lo demás.
En segundo lugar, debemos asumir que todos los átomos del universo son hidrógeno átomos, aunque no lo son. Los átomos de hidrógeno representan aproximadamente el 90% del total de átomos en el universo, según Laboratorio Nacional Los Alamosy un porcentaje aún mayor de átomos en las estrellas en las que nos estamos concentrando. Como verá en breve, también simplifica mucho los cálculos.
haciendo las matemáticas
Ahora finalmente es el momento de hacer los cálculos.
Para calcular el número de átomos en el universo observable, necesitamos conocer su masa, lo que significa que tenemos que averiguar cuántas estrellas hay. Hay alrededor de 10 ^ 11 a 10 ^ 12 galaxias en el universo observable, y cada galaxia contiene entre 10 ^ 11 y 10 ^ 12 estrellas, según el Agencia Espacial Europea. Esto nos da algo entre 10 ^ 22 y 10 ^ 24 estrellas. A los efectos de este cálculo, podemos decir que hay 10 ^ 23 estrellas en el universo observable. Por supuesto, esta es solo la mejor suposición; Las galaxias pueden variar en tamaño y número de estrellas, pero como no podemos contarlas individualmente, eso tendrá que ser suficiente por ahora.
En promedio, una estrella pesa alrededor de 2.2×10 ^ 32 libras (10 ^ 32 kilogramos), según Ciencia ABC, lo que significa que la masa del universo es de aproximadamente 2.2×10 ^ 55 libras (10 ^ 55 kilogramos). Ahora que conocemos la masa, o la cantidad de materia, necesitamos ver cuántos átomos caben en ella. En promedio, cada gramo de materia tiene alrededor de 10 ^ 24 protones, según Fermilab, un laboratorio nacional de física de partículas en Illinois. Esto significa que es igual al número de átomos de hidrógeno, porque cada átomo de hidrógeno tiene solo un protón (de ahí que hicimos la suposición anterior sobre los átomos de hidrógeno).
Esto nos da 10 ^ 82 átomos en el universo observable. Para poner eso en contexto, esto es 100,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 de átomos.
Este número es solo una estimación aproximada, basada en una serie de aproximaciones y suposiciones. Pero dada nuestra comprensión actual del universo observable, es poco probable que esté terriblemente equivocado.
Publicado originalmente en Live Science.
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