Δεν είναι μυστικό ότι το σύμπαν είναι ένα εξαιρετικά τεράστιο μέρος. Αυτό που μπορούμε να παρατηρήσουμε (γνωστός και ως «το γνωστό Σύμπαν») υπολογίζεται ότι εκτείνεται σε περίπου 93 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Αυτός είναι ένας αρκετά εντυπωσιακός αριθμός, ειδικά αν σκεφτεί κανείς ότι είναι μόνο αυτό που έχουμε παρατηρήσει μέχρι στιγμής. Και δεδομένου του τεράστιου όγκου αυτού του χώρου, θα περίμενε κανείς ότι η ποσότητα της ύλης που περιέχεται μέσα θα ήταν εξίσου εντυπωσιακή.
Αλλά είναι αρκετά ενδιαφέρον, όταν κοιτάς αυτό το θέμα στη μικρότερη κλίμακα που οι αριθμοί γίνονται οι πιο συγκλονιστικοί. Για παράδειγμα, πιστεύεται ότι από 120 έως 300 εξάξια (δηλαδή 1,2 x 10²³ έως 3,0 x 10²³) αστέρια υπάρχουν στο παρατηρήσιμο σύμπαν μας. Αλλά κοιτάζοντας πιο προσεκτικά, στην ατομική κλίμακα, οι αριθμοί γίνονται ακόμα πιο ασύλληπτοι.
Σε αυτό το επίπεδο, εκτιμάται ότι υπάρχουν μεταξύ 1078έως 1082άτομα στο γνωστό, παρατηρήσιμο σύμπαν. Με απλούς όρους, αυτό αποδίδει μεταξύ δέκα τετράδας δισεκατομμυρίων βιγκιντισεκατομμυρίων και εκατοντάδων χιλιάδων τετρισεκατομμυρίων βιγκιντισεκατομμυρίων ατόμων.
Και όμως, αυτοί οι αριθμοί δεν αντικατοπτρίζουν επακριβώς πόση ύλη μπορεί πραγματικά να φιλοξενήσει το σύμπαν. Όπως αναφέρθηκε ήδη, αυτή η εκτίμηση αφορά μόνο το παρατηρήσιμο σύμπαν που φτάνει τα 46 δισεκατομμύρια έτη φωτός προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, και βασίζεται στο πού η διαστολή του διαστήματος έχει πάρει τα πιο μακρινά αντικείμενα που παρατηρήθηκαν.
Η ιστορία του σύμπαντος ξεκινά με τη Μεγάλη Έκρηξη. Πίστωση εικόνας: grandunificationtheory.com
Ενώ α Γερμανικός υπερυπολογιστής πρόσφατα έκανε μια προσομοίωση και υπολόγισε ότι υπάρχουν περίπου 500 δισεκατομμύρια γαλαξίες εντός του εύρους παρατήρησης, μια πιο συντηρητική εκτίμηση τοποθετεί τον αριθμό σε περίπου 300 δισεκατομμύρια. Δεδομένου ότι ο αριθμός των αστεριών σε έναν γαλαξία μπορεί να φτάσει τα 400 δισεκατομμύρια, τότε ο συνολικός αριθμός των αστεριών μπορεί κάλλιστα να είναι περίπου 1,2×1023– ή λίγο πάνω από 100 εξάξιο.
Κατά μέσο όρο, κάθε αστέρι μπορεί να ζυγίζει περίπου 1035γραμμάρια. Έτσι, η συνολική μάζα θα ήταν περίπου 1058γραμμάρια (δηλαδή 1,0 x 1052μετρικούς τόνους). Δεδομένου ότι κάθε γραμμάριο ύλης είναι γνωστό ότι έχει περίπου 1024πρωτόνια, ή περίπου τον ίδιο αριθμό ατόμων υδρογόνου (καθώς ένα άτομο υδρογόνου έχει μόνο ένα πρωτόνιο), τότε ο συνολικός αριθμός των ατόμων υδρογόνου θα ήταν περίπου1086– γνωστός και ως. εκατό χιλιάδες τετρισεκατομμύρια βιγκιντιλιόν.
Μέσα σε αυτό το παρατηρήσιμο σύμπαν, αυτή η ύλη απλώνεται ομοιογενώς σε όλο το διάστημα, τουλάχιστον όταν υπολογίζεται κατά μέσο όρο σε αποστάσεις μεγαλύτερες από 300 εκατομμύρια έτη φωτός. Σε μικρότερες κλίμακες, ωστόσο, παρατηρείται ότι η ύλη σχηματίζεται σε συστάδες ιεραρχικά οργανωμένης φωτεινής ύλης που όλοι γνωρίζουμε.
Εν ολίγοις, τα περισσότερα άτομα συμπυκνώνονται σε αστέρια, τα περισσότερα αστέρια συμπυκνώνονται σε γαλαξίες, οι περισσότεροι γαλαξίες σε σμήνη, τα περισσότερα σμήνη σε υπερσμήνη και, τέλος, σε δομές μεγαλύτερης κλίμακας όπως το Σινικό Τείχος των γαλαξιών (γνωστός και ως το Σινικό Τείχος Sloan ). Σε μικρότερη κλίμακα, αυτές οι συστάδες διαπερνώνται από σύννεφα σωματιδίων σκόνης, σύννεφα αερίων, αστεροειδείς και άλλες μικρές συστάδες αστρικής ύλης.
Αναπαράσταση του χρονοδιαγράμματος του σύμπαντος για 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια και η διαστολή στο σύμπαν που ακολούθησε. Πίστωση: Επιστημονική Ομάδα NASA/WMAP.
Η παρατηρήσιμη ύλη του Σύμπαντος διαδίδεται επίσης ισότροπα. που σημαίνει ότι καμία κατεύθυνση παρατήρησης δεν φαίνεται διαφορετική από οποιαδήποτε άλλη και κάθε περιοχή του ουρανού έχει περίπου το ίδιο περιεχόμενο. Το Σύμπαν λούζεται επίσης από ένα κύμα εξαιρετικά ισότροπης ακτινοβολίας μικροκυμάτων που αντιστοιχεί σε μια θερμική ισορροπία περίπου 2.725 Kelvin (ακριβώς πάνω Απόλυτο μηδενικό ).
Η υπόθεση ότι το σύμπαν μεγάλης κλίμακας είναι ομοιογενές και ισότροπο είναι γνωστή ως το κοσμολογική αρχή . Αυτό δηλώνει ότι οι φυσικοί νόμοι δρουν ομοιόμορφα σε όλο το σύμπαν και, ως εκ τούτου, δεν πρέπει να προκαλούν παρατηρήσιμες ανωμαλίες στη δομή μεγάλης κλίμακας. Αυτή η θεωρία έχει υποστηριχθεί από αστρονομικές παρατηρήσεις που βοήθησαν στη χάραξη της εξέλιξης της δομής του σύμπαντος από τότε που θεσπίστηκε αρχικά από τον Μεγάλη έκρηξη .
Η τρέχουσα συναίνεση μεταξύ των επιστημόνων είναι ότι η συντριπτική πλειοψηφία της ύλης δημιουργήθηκε σε αυτό το γεγονός και ότι η διαστολή του Σύμπαντος έκτοτε δεν έχει προσθέσει νέα ύλη στην εξίσωση. Αντίθετα, πιστεύεται ότι αυτό που συνέβη τα τελευταία 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια ήταν απλώς μια επέκταση ή διασπορά των μαζών που δημιουργήθηκαν αρχικά. Δηλαδή, καμία ποσότητα ύλης που δεν υπήρχε στην αρχή δεν έχει προστεθεί κατά τη διάρκεια αυτής της επέκτασης.
Ωστόσο, η ισοδυναμία μάζας και ενέργειας του Αϊνστάιν παρουσιάζει μια μικρή περιπλοκή σε αυτήν τη θεωρία. Αυτό είναι μια συνέπεια που προκύπτει από Ειδική Σχετικότητα , στο οποίο η προσθήκη ενέργειας σε ένα αντικείμενο αυξάνει τη μάζα του σταδιακά. Ανάμεσα σε όλες τις συντήξεις και τις σχάσεις, τα άτομα μετατρέπονται τακτικά από σωματίδια σε ενέργειες και πάλι πίσω.
Η πυκνότητα του ατόμου είναι μεγαλύτερη στα αριστερά (η αρχή του πειράματος) από 80 χιλιοστά του δευτερολέπτου μετά την προσομοίωση του Big Bang. Πίστωση: Chen-Lung Hung
Ωστόσο, παρατηρούμενη σε μεγάλη κλίμακα, η συνολική πυκνότητα ύλης του σύμπαντος παραμένει η ίδια με την πάροδο του χρόνου. Η σημερινή πυκνότητα του παρατηρήσιμου σύμπαντος εκτιμάται ότι είναι πολύ χαμηλή - περίπου 9,9 × 10-30γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό. Αυτή η ενέργεια μάζας φαίνεται να αποτελείται από 68,3% σκοτεινή ενέργεια, 26,8% σκοτεινή ύλη και μόλις 4,9% συνηθισμένη (φωτεινή) ύλη. Έτσι η πυκνότητα των ατόμων είναι της τάξης ενός ατόμου υδρογόνου για κάθε τέσσερα κυβικά μέτρα όγκου.
Οι ιδιότητες της σκοτεινής ενέργειας και της σκοτεινής ύλης είναι σε μεγάλο βαθμό άγνωστες και θα μπορούσαν να είναι ομοιόμορφα κατανεμημένες ή οργανωμένες σε συστάδες όπως η κανονική ύλη. Ωστόσο, πιστεύεται ότι η σκοτεινή ύλη έλκει όπως η συνηθισμένη ύλη, και έτσι λειτουργεί για να επιβραδύνει τη διαστολή του Σύμπαντος. Αντίθετα, η σκοτεινή ενέργεια επιταχύνει την επέκτασή της.
Για άλλη μια φορά, αυτός ο αριθμός είναι απλώς μια πρόχειρη εκτίμηση. Όταν χρησιμοποιείται για την εκτίμηση της συνολικής μάζας του Σύμπαντος, συχνά υπολείπεται αυτού που προβλέπουν άλλες εκτιμήσεις. Και τελικά, αυτό που βλέπουμε είναι απλώς ένα μικρότερο κλάσμα του συνόλου.
Έχουμε πολλά άρθρα που σχετίζονται με την ποσότητα της ύλης στο Σύμπαν εδώ στο Σύμπαν Σήμερα, όπως Πόσοι Γαλαξίες στο Σύμπαν , και Πόσα αστέρια υπάρχουν στον Γαλαξία;
Η NASA έχει επίσης τα ακόλουθα άρθρα για το σύμπαν, όπως Πόσοι γαλαξίες υπάρχουν; και αυτό το άρθρο για το Αστέρια στον Γαλαξία μας .
Έχουμε επίσης επεισόδια podcast από το Astronomy Cast με θέμα Γαλαξίες και Μεταβλητά αστέρια .