如果把宇宙中的原子,一个挨一个堆起来,会占宇宙体积的多少?

艾伯史密斯

问题不太准确啊,毕竟根据元素种类的不同,原子半径的大小也不一样。不过从整个宇宙来看,氢是宇宙中含量最多的元素,在我们知道的宇宙范围内(不包括暗物质与暗能量),超过总数90%的原子都是氢原子,剩下的基本都是氦元素,那些我们常见不常见的一百多种元素只占了整个宇宙的不到1%。

我们就拿氢元素来说,如果把宇宙中的氢原子一个挨一个的放到一起,会怎么样?其实在宇宙中有现成的例子,那就是白矮星,白矮星恒星演化末期的一种形式,它体积小,亮度低,但密度高,质量大。密度可以达1000千克/立方厘米,也就是说,也就是说黄豆那么大小的一块白矮星物质就差不多有一吨。白矮星密度高主要是由于构成的原子空间被压缩,使得每个原子和相邻的原子都靠得很近,各个原子外围的电子之间由于电性相同,产生了强大的互斥力,叫做简并压力,暂时抗衡了强大引力的坍缩。尽管白矮星的密度虽很大,但还在正常物质结构能达到的最大密度范围内,电子还是电子,原子核还是原子核,所以白矮星可以看成是一个又一个氢原子紧密的挨在一起。

太阳质量那么大的白矮星体积和地球差不多大,也就是说,体积减少了大约130万倍。整个已知的宇宙我们按一共有10^80个原子,太阳的原子数我们取10^57个。这样可以推算出整个宇宙变为白矮星那样的物质体积是地球的10^17倍。这是一个直径是地球直径10^14倍的球体。有多大呢?约为10^18千米的直径。一光年约为94605亿千米,就是10万光年大小的球,而银河的直径约为10万光年,但银河系是扁平的。所以说如果把宇宙中的原子,一个挨一个堆起来,体积大约是银河系直径那么大的球。要知道,虽然已知宇宙半径有460亿光年,但宇宙是十分空旷的。

扩展一下,如果把电子都压进原子核,也就是原子核紧紧的挨在一起的话,那体积又会大大的减小,原子直径的数量级大约是10^-10米,而原子核的直径一般为10^-15米这个数量级,原子核体积只占原子体积的几千亿分之一。这在宇宙中也有例子,就是中子星。中子星的密度达到10亿吨/立方厘米以上。一颗1.5倍太阳质量中子星大小相当于英格兰西北部——利物浦与沃灵顿的大小。

如果全宇宙的密度变为和中子星那么大,宇宙会有多大呢?


清明的星空

这个问题其实并没有多少科学意义,但是却能让很多人对科学感兴趣。前面的回答中我也回答过许多类似的问题,今天就再来说说这个问题。

前提条件

前面每次回答问题时我都不想说这一块,因为我觉得能提出这种问题必然是一种无限理想的情况,现有的理论规则并不能束缚这类问题。

但是事实却是只有我没有加这些前提条件,许多喷子就会什么不管的喷人,所以还是有必要将前提条件说明下的。

回答这个问题前我们不考虑以下因素:

1、不考虑如何把这么多原子进行整齐排列,如何解决原子间的力。

2、不考虑暗物质与暗能量,因为目前无法确定其构成。

3、因为宇宙中原子种类太多,但氢原子最多,所以为了简便运算,将所有原子认为是氢原子大小,数量级上不会差太多。

4、其他违反物理定律的问题.....

具体计算

计算其实很简单,具体思路为:

  1. 算出一立方米的体积空间可能容纳多少立方堆积的氢原子。
  2. 然后再算出所有氢原子堆起来占多少空间,并且占整个可观测宇宙的多少。

我们知道宇宙中原子的种类非常多,超过总数90%的原子都是氢原子,差不多9%的是氦原子,其余原子只占不到1%,所以忽略不计。



而宇宙中氢原子的数目大约为0.9*10^80个,而氦原子大约是0.1*10^80个,氢原子的体积大约为2*10^-30立方米,所以简便期间我们认为氢原子为1.1*10^80个。

而一立方米的空间中按照最密堆积空间利用率为74.05%


所以一立方米空间中按照最密堆积可容纳:0.37*10^30个

而氢原子总数为1.1*10^80,故所有氢原子按照最密堆积需要:1.1*10^80/0.37*10^30=3*10^50立方米

这是多大的空间呢?你可能没有多大的感觉,对比下,我们现在的可观测宇宙半径为460亿光年,其体积为3.45*10∧80m³,因此其是整个宇宙体积的10^30分之一。


这么大的空间你可不要认为小,要知道太阳的体积也就只有1.412 ×10^18!这么大的空间相当于5.*10^12个太阳体积加起来还有多!即相当于7.1*10^15米半径的球状范围,也就是几光年的范围。

虽然算出来了答案,但是我们还是要强调一点。如此大体积的氢原子密集体是不可能出现的,因为这种密集一定程度上类似于白矮星,如此大体积的白矮星怎么会出现呢?


评论留下你的看法!


科学认识论

宇宙质量:10^53千克

太阳密度:1400千克/立方米

氢气密度:0.09千克/立方米

白矮星密度:10^9千克/立方米(取中间值估算)

中子星密度:10^17千克/立方米(取中间值估算)

宇宙中绝大多数都是氢,以等离子态(太阳内部)或其他形态(如白矮星中子星等,少数以分子态)存在。题主并没有说明如何排列原子,是按照什么样的间隔(什么样的形态),所以只能模拟几种物体形态通过密度计算体积,估算半径。体积=质量/密度

如果以太阳形式排列:10^53/1400=10^50(大约)

换算成球体,半径4×10^16米约4光年,大概是太阳到最近的恒星那么大的半径的球体。

如果以白矮星形式排列:(计算过程略)半径约变小100倍,3×10^14米,约0.03光年。

如果以中子星形式排列:半径在缩小约465倍。光约33分钟走过的距离,大约日地距离的4倍。


dufulin

我们观测到的宇宙的直径有920亿光年。宇宙的物质总量至少有10∧53千克,普通物质占4.9%、暗物质占26.8%、暗能量 68.3%。这个宇宙的主要物质是氢,占重子的75%, 氢原子的半径为120 pm,原子量为1.00784–1.00811。

有了这些数据,在Excel中列个公式很容易就能算一个大概。但笔者确实不想计算,这毫无意义。笔者可以直接告诉你结果,如果将这些重子放在一起,它们将占这个宇宙空间的0%。在引力作用下,它们将形成黑洞。黑洞是一个没有物质的特殊空间。

以上……


讲科学堂

一谢遨请,如果,是可能的意思,也是不可能的意思,这一词语是疑问句,又叫如果。宇宙的体积有多少,有多大,怎么才能知道他的体积是多少,没有人知道。但宇宙在增大这可是真实存在的,也就是说宇宙在膨胀。那么宇宙的体积是什么形状呢?根据天文学家对宇宙的探索认为是圆球形状的。每个星球,行星,恒星,星系,星系团,都是圆球形状。这也是真实存在的,如果把宇宙中的原子一个挨一个的堆起来,会占宇宙体积的多少,可以说会占有整个宇宙,宇宙是由原子和其他物质组成的。所以宇宙的每个角落都有原子。这就好比地球上的沙子,每个地方每个角落或多或少都有沙子,占据整个地球。原子在整个宇宙中也是一样的。这是由原子在宇宙中的分布所决定的。谢谢!


一朵飘逸的云中国

你这个问题~有意思。

目前~各种原子已“充满”宇宙。呈现的:气态,液态,固态,有机磁态,无机磁态……

都摆在这里~为什么还问“如上问题”。

如有冒犯,请原谅。谢谢关注。


侠客岛69176191

看来简单,其实复杂(宇宙中有多少种原子――本质的人文是无知的,不同的宇宙物质是在不同的特质场合中存在的,究而人文单单以氢、氦……等为元素是不是错误的或是指定的称谓,因氢等的原素是人文指态的,实不然也是存在上的一种特定的相对存在,而飞鸟走兽难道在特定上不也是宇宙中的一种原素吗――氢下可包含电子、粒子、等,想想,想一想哲学上的涵意)


蕊香益人

宇宙是有层级,并非单一的。原子或物质也是如此。一个很有趣的是,有些物质或原子是可以繁殖的,但是最后又要毁灭。这是个严肃的问题。从无到有从有到无,前前后后生生不熄。这和宇宙又有何干?这就好比你要抓只动物 ,不论这动物体积大小,你都需要准备适合它存在的空间。由此看物质或其它物质如暗物质存在的必然性,必须要是和空间的大小。而且要恰好合适。太空旷不行太小也不行。最终得出结论,应该是兆亿分之一的比例。可以参考鱼河和海。


Rusher58315253

宇宙中的原子堆起来,人类对原子只是推理模型,空气层内无原子,怎样堆?要晓得我们人使有的能源是挖出来的,是最好能源未经高温提练的,所以靠气味燃料,真正该我们用的能源是经过高温提练的二次能源在大气层里,那个才是宇宙无污染能源,考的是人类智慧。宇宙的变大根能源有关系,无污染能源只提供能量量人类对宇宙的供现,话道止,再想下去又是死胡同。

所以说人类没见过能量原子,我们接受的只是原子能量,资源能源只有原子能源才是好能源,由它原子直接释放不过气层的那种,无污染人也无病,更没神话传说。


分享到:


相關文章: