Toda la materia en el universo, no importa cuán grande, pequeña, joven o vieja, está compuesta de átomos.
Cada uno de estos bloques de construcción consta de un núcleo cargado positivamente, que consta de 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 tabla periódica y afecta la forma en que reacciona con los otros átomos que lo rodean. 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 persona, podría pensar que sería imposible determinar cuántos átomos hay en todo el universo. Y tendrías razón: dado que no tenemos idea de cuán grande es todo el universo, no podemos averiguar cuántos átomos hay en su interior.
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 algunas matemáticas.
El universo observable
El universo fue creado durante el Big Bang Hace 13,8 mil millones de años. Cuando explotó a la existencia, desde un solo punto de masa y temperatura infinitas, el universo comenzó a expandirse hacia afuera 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 en el tiempo desde el nacimiento del universo, se podría suponer que el universo observable se extiende solo 13.800 millones de años luz en todas direcciones. Pero dado que el universo se está expandiendo constantemente, este no es el caso. Cuando observamos un distante galaxia Oh estrella, lo que realmente estamos viendo es dónde estaba cuando emitió la luz por primera vez. Pero cuando la luz nos alcanza, la galaxia o estrella está mucho más lejos de lo que estaba cuando la vimos. Usando radiación de fondo de microondas cósmico, podemos calcular la tasa de expansión del universo, y dado que esa tasa es constante, que es la mejor suposición de los científicos actualmente (aunque algunos científicos piensan que puede disminuir), esto significa que el abarca 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 hay. También necesitamos saber cuánta materia o cosas contiene.
Supuestos cósmicos
Pero la materia no es lo único en el universo. De hecho, constituye solo alrededor del 5% del universo, según NASA. El resto se compone de energía oscura es materia oscura, pero como no están hechos de átomos, no tenemos que preocuparnos por ellos por este misterio.
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Segundo por Einstein la famosa ecuación E = mc ^ 2, energía y masa, o materia, son intercambiables, por lo que es posible que la materia se cree o se transforme en energía. Pero en el 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 ha habido, según Científico estadounidense. Esto es importante porque nuestra imagen del universo observable no es una sola instantánea a lo largo del tiempo.
Según nuestras observaciones del universo conocido, las leyes físicas que lo gobiernan son las mismas en todas partes. Combinado con el supuesto 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.
Simplifica la ecuación
Conocer el tamaño del universo observable y que la materia se distribuye por igual y finitamente hace que sea mucho más fácil calcular el número de átomos. Sin embargo, hay algunas otras suposiciones que debemos hacer antes de abrir la calculadora.
Primero, debemos asumir que todos los átomos están contenidos dentro de las estrellas, incluso si no lo están. Desafortunadamente, tenemos una idea mucho menos precisa de cuántos planetas, lunas y rocas espaciales hay en el universo observable que 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 dentro de las estrellas, podemos obtener una buena aproximación del número de átomos del universo calculando 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, incluso si no lo son. Los átomos de hidrógeno constituyen aproximadamente el 90% del total de átomos del universo, según Laboratorio Nacional Los Alamos, y un porcentaje aún mayor de átomos en las estrellas, en el que nos estamos enfocando. Como verá en breve, también facilita mucho los cálculos.
Haz las matematicas
Ahora es el momento de hacer los cálculos.
Para calcular la cantidad de átomos en el universo observable, necesitamos conocer su masa, lo que significa que debemos averiguar cuántas estrellas hay. Hay 10 ^ 11 a 10 ^ 12 galaxias en el universo observable, y cada galaxia contiene entre 10 ^ 11 y 10 ^ 12 estrellas, según Agencia espacial europea europea. Esto nos da 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 una mejor suposición; las galaxias pueden variar en tamaño y número de estrellas, pero como no podemos contarlas individualmente, eso es 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 hay en ella. En promedio, cada gramo de materia tiene aproximadamente 10 ^ 24 protones, segundo 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 la razón por la que hicimos la hipótesis anterior sobre los átomos de hidrógeno).
Esto nos da 10 ^ 82 átomos en el universo observable. Para ponerlo en contexto, es decir, 100,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,00,000 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 demasiado lejos del objetivo.
Publicado originalmente en Live Science.
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