¿Qué tamaño tendría si los núcleos y los electrones de todos los átomos del universo se colocaran uno al lado del otro, sin dejar espacios?
Esta es una pregunta abierta, y la razón de esta idea proviene de la creciente comprensión de las personas sobre los átomos y sus estructuras internas. Todos hemos aprendido en la clase de física de secundaria que un átomo está compuesto por un núcleo y electrones extranucleares, en el cual el núcleo contiene protones y neutrones (H1 es el único elemento sin neutrones), aunque el volumen del átomo es muy pequeño, el radio Tiene solo 10^(-10) metros, pero el tamaño del núcleo es más pequeño y su radio es solo 10^(-15) metros. Por lo tanto, los átomos que componen la materia en realidad están muy vacíos en el medio, y más del 99% del espacio está lleno de cualquier cosa No, esto también le da a la gente un espacio imaginario para “comprimir el átomo”. De acuerdo con esta suposición, si podemos extraer los átomos de toda la materia del universo y comprimir todo el espacio entre ellos, sin dejar espacio, ¿qué tamaño tiene el objeto presentado?
Por supuesto, es imposible para nosotros agotar todas nuestras capacidades para hacer tales experimentos, y es imposible para nosotros crear tales condiciones en el universo para lograr tales resultados. Después de todo, en el campo del mundo microscópico, existe repulsión de Coulomb entre átomos del mismo sexo entre átomos.Esta fuerza no puede lograrse con alta probabilidad incluso en las condiciones de 15 millones de grados Celsius y millones de atmósferas en el núcleo del sol La combinación de la fusión nuclear de hidrógeno solo puede ocurrir “suavemente” con la ayuda del efecto de túnel cuántico con una probabilidad muy baja.
Al mismo tiempo, la disposición de los electrones fuera del núcleo se distribuye aleatoriamente en forma de estados cuánticos, siguiendo la repulsión del mismo sexo y el principio de exclusión de Pauli. Por lo tanto, solo podemos suponer que ocurre la situación en la que el núcleo y los electrones pueden estar estrechamente conectados, y hacer algunos análisis y cálculos simples sobre esta base.
Si los núcleos y los electrones simplemente se ordenan en una lista, entonces solo es necesario calcular cuántos átomos hay en el universo y luego estimar el tamaño del espacio ocupado por los núcleos y los electrones después de comprimirse. Hay dos formas de calcular el número de átomos en el universo, la primera es estimar el número de átomos de hidrógeno, porque desde la perspectiva del sistema solar, la proporción de elementos de hidrógeno es de alrededor del 75%, y la masa del sol representa el 99,86 de la masa total de todo el sistema solar. %, podemos estimar aproximadamente el número de átomos en el universo observable, es decir, el número de galaxias en el universo observable * el número promedio de estrellas en cada galaxia * el número promedio de átomos de hidrógeno en las estrellas/75%, con base en el cual podemos estimar el número total de galaxias en el universo. El número de átomos es 5*10^80.
El segundo método es relativamente preciso. El método se calcula principalmente calculando la densidad promedio del universo y la cantidad total de materia ordinaria, después de deducir la materia oscura y la energía oscura, y luego calculando de acuerdo con la abundancia de los elementos más comunes (hidrógeno , helio, oxígeno) en el universo. El número total de átomos, el resultado del cálculo es más complicado, no se enumeran aquí uno por uno, el resultado final calculado es 7 * 10 ^ 79. En comparación con el método anterior, la brecha no es demasiado grande. Aquí tomamos un valor aproximado de 10^80 para calcular.
Si cada átomo se comprime en un caso en el que los átomos y los electrones están muy cerca, entonces la expresión de cálculo para el volumen final del objeto formado es: 10^80*4/3*π*(10^-10)^3*10 ^(- 15), donde 10^80 es el número total de átomos en el universo, 4/3*π*(10^-10)^3 es el volumen de cada átomo y 10^(-15) es el volumen atómico después de la compresión y los átomos en la relación de volumen de estado original. Nuestro valor final calculado es:
4,2*10^35 metros cúbicos, lo que equivale a una esfera con un radio de 4,6*10^11 metros. Si el sol está en el centro, la superficie de la esfera se extendería a un área de 460 millones de kilómetros.
Por supuesto, este es solo un estado ideal. De hecho, si hay una fuerza externa que puede conectar firmemente el núcleo y los electrones, es completamente posible que la fuerza externa provista presione los electrones hacia el núcleo, combinándose así con los protones. en el núcleo para formar neutrones. La estrella de neutrones en el universo es una especie de cuerpo celeste formado por el colapso continuo de la parte central de la estrella masiva en la vida tardía de la explosión de la supernova. Su densidad es muy alta, y cada cubo centímetro puede llegar a cientos de miles de millones de toneladas. Si todos los átomos y electrones del universo observable forman una estrella de neutrones de este tipo, según su densidad media, el radio de la esfera formada por la combinación final alcanzará decenas de miles de millones de kilómetros.
Sin embargo, es imposible formar una estrella de neutrones tan grande en el universo real, y la gravedad de su superficie ya ha causado que la estrella colapse violentamente, eventualmente formando un agujero negro. De acuerdo con el camino de la evolución estelar, siempre que la cantidad total de materia que queda en la última etapa de la vida de una estrella sea mayor que 4,2 veces la masa del sol, es decir, exceda el límite de Oppenheimer, es posible continuar colapsar para formar un agujero negro Es obvio que la estrella de neutrones acaba de calcular La calidad ha ido mucho más allá de este límite. Si se forma un agujero negro de este tipo, podemos usar la fórmula de cálculo del radio de Schwarzschild para calcular el rango del horizonte de eventos de este agujero negro. El resultado del cálculo alcanza la asombrosa cifra de 16 mil millones de años luz. Toda la materia dentro de este rango no puede escapar. El fuerte fuerza gravitacional de los agujeros negros, en cuanto a la composición de estas sustancias es partículas subatómicas u otras más pequeñas, actualmente no podemos saber con precisión.
Por supuesto, el análisis anterior se basa en toda la materia del universo observable. De hecho, el universo observable en el que vivimos es solo una parte muy pequeña de todo el universo. Fuera del universo, debido a la expansión del universo, todo la luz ya no puede llegar a la tierra, y nunca sabremos toda la información fuera del universo observable.
