如果把宇宙中的原子,一個挨一個堆起來,會占宇宙體積的多少?

艾伯史密斯


這個問題其實並沒有多少科學意義,但是卻能讓很多人對科學感興趣。前面的回答中我也回答過許多類似的問題,今天就再來說說這個問題。

前提條件

前面每次回答問題時我都不想說這一塊,因為我覺得能提出這種問題必然是一種無限理想的情況,現有的理論規則並不能束縛這類問題。

但是事實卻是隻有我沒有加這些前提條件,許多噴子就會什麼不管的噴人,所以還是有必要將前提條件說明下的。

回答這個問題前我們不考慮以下因素:

1、不考慮如何把這麼多原子進行整齊排列,如何解決原子間的力。

2、不考慮暗物質與暗能量,因為目前無法確定其構成。

3、因為宇宙中原子種類太多,但氫原子最多,所以為了簡便運算,將所有原子認為是氫原子大小,數量級上不會差太多。

4、其他違反物理定律的問題.....


具體計算

計算其實很簡單,具體思路為:

  1. 算出一立方米的體積空間可能容納多少立方堆積的氫原子。
  2. 然後再算出所有氫原子堆起來佔多少空間,並且佔整個可觀測宇宙的多少。

我們知道宇宙中原子的種類非常多,超過總數90%的原子都是氫原子,差不多9%的是氦原子,其餘原子只佔不到1%,所以忽略不計。


而宇宙中氫原子的數目大約為0.9*10^80個,而氦原子大約是0.1*10^80個,氫原子的體積大約為2*10^-30立方米,所以簡便期間我們認為氫原子為1.1*10^80個。

而一立方米的空間中按照最密堆積空間利用率為74.05%


所以一立方米空間中按照最密堆積可容納:0.37*10^30個

而氫原子總數為1.1*10^80,故所有氫原子按照最密堆積需要:1.1*10^80/0.37*10^30=3*10^50立方米

這是多大的空間呢?你可能沒有多大的感覺,對比下,我們現在的可觀測宇宙半徑為460億光年,其體積為3.45*10∧80m³,因此其是整個宇宙體積的10^30分之一。


這麼大的空間你可不要認為小,要知道太陽的體積也就只有1.412 ×10^18!這麼大的空間相當於5.*10^12個太陽體積加起來還有多!即相當於7.1*10^15米半徑的球狀範圍,也就是幾光年的範圍。

雖然算出來了答案,但是我們還是要強調一點。如此大體積的氫原子密集體是不可能出現的,因為這種密集一定程度上類似於白矮星,如此大體積的白矮星怎麼會出現呢?


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科學認識論


問題不太準確啊,畢竟根據元素種類的不同,原子半徑的大小也不一樣。不過從整個宇宙來看,氫是宇宙中含量最多的元素,在我們知道的宇宙範圍內(不包括暗物質與暗能量),超過總數90%的原子都是氫原子,剩下的基本都是氦元素,那些我們常見不常見的一百多種元素只佔了整個宇宙的不到1%。

我們就拿氫元素來說,如果把宇宙中的氫原子一個挨一個的放到一起,會怎麼樣?其實在宇宙中有現成的例子,那就是白矮星,白矮星恆星演化末期的一種形式,它體積小,亮度低,但密度高,質量大。密度可以達1000千克/立方厘米,也就是說,也就是說黃豆那麼大小的一塊白矮星物質就差不多有一噸。白矮星密度高主要是由於構成的原子空間被壓縮,使得每個原子和相鄰的原子都靠得很近,各個原子外圍的電子之間由於電性相同,產生了強大的互斥力,叫做簡併壓力,暫時抗衡了強大引力的坍縮。儘管白矮星的密度雖很大,但還在正常物質結構能達到的最大密度範圍內,電子還是電子,原子核還是原子核,所以白矮星可以看成是一個又一個氫原子緊密的挨在一起。

太陽質量那麼大的白矮星體積和地球差不多大,也就是說,體積減少了大約130萬倍。整個已知的宇宙我們按一共有10^80個原子,太陽的原子數我們取10^57個。這樣可以推算出整個宇宙變為白矮星那樣的物質體積是地球的10^17倍。這是一個直徑是地球直徑10^14倍的球體。有多大呢?約為10^18千米的直徑。一光年約為94605億千米,就是10萬光年大小的球,而銀河的直徑約為10萬光年,但銀河系是扁平的。所以說如果把宇宙中的原子,一個挨一個堆起來,體積大約是銀河系直徑那麼大的球。要知道,雖然已知宇宙半徑有460億光年,但宇宙是十分空曠的。

擴展一下,如果把電子都壓進原子核,也就是原子核緊緊的挨在一起的話,那體積又會大大的減小,原子直徑的數量級大約是10^-10米,而原子核的直徑一般為10^-15米這個數量級,原子核體積只佔原子體積的幾千億分之一。這在宇宙中也有例子,就是中子星。中子星的密度達到10億噸/立方厘米以上。一顆1.5倍太陽質量中子星大小相當於英格蘭西北部——利物浦與沃靈頓的大小。

如果全宇宙的密度變為和中子星那麼大,宇宙會有多大呢?


清明的星空


我們觀測到的宇宙的直徑有920億光年。宇宙的物質總量至少有10∧53千克,普通物質佔4.9%、暗物質佔26.8%、暗能量 68.3%。這個宇宙的主要物質是氫,佔重子的75%, 氫原子的半徑為120 pm,原子量為1.00784–1.00811。

有了這些數據,在Excel中列個公式很容易就能算一個大概。但筆者確實不想計算,這毫無意義。筆者可以直接告訴你結果,如果將這些重子放在一起,它們將佔這個宇宙空間的0%。在引力作用下,它們將形成黑洞。黑洞是一個沒有物質的特殊空間。

以上……


講科學堂


宇宙質量:10^53千克

太陽密度:1400千克/立方米

氫氣密度:0.09千克/立方米

白矮星密度:10^9千克/立方米(取中間值估算)

中子星密度:10^17千克/立方米(取中間值估算)

宇宙中絕大多數都是氫,以等離子態(太陽內部)或其他形態(如白矮星中子星等,少數以分子態)存在。題主並沒有說明如何排列原子,是按照什麼樣的間隔(什麼樣的形態),所以只能模擬幾種物體形態通過密度計算體積,估算半徑。體積=質量/密度

如果以太陽形式排列:10^53/1400=10^50(大約)

換算成球體,半徑4×10^16米約4光年,大概是太陽到最近的恆星那麼大的半徑的球體。

如果以白矮星形式排列:(計算過程略)半徑約變小100倍,3×10^14米,約0.03光年。

如果以中子星形式排列:半徑在縮小約465倍。光約33分鐘走過的距離,大約日地距離的4倍。


dufulin


一謝遨請,如果,是可能的意思,也是不可能的意思,這一詞語是疑問句,又叫如果。宇宙的體積有多少,有多大,怎麼才能知道他的體積是多少,沒有人知道。但宇宙在增大這可是真實存在的,也就是說宇宙在膨脹。那麼宇宙的體積是什麼形狀呢?根據天文學家對宇宙的探索認為是圓球形狀的。每個星球,行星,恆星,星系,星系團,都是圓球形狀。這也是真實存在的,如果把宇宙中的原子一個挨一個的堆起來,會佔宇宙體積的多少,可以說會佔有整個宇宙,宇宙是由原子和其他物質組成的。所以宇宙的每個角落都有原子。這就好比地球上的沙子,每個地方每個角落或多或少都有沙子,佔據整個地球。原子在整個宇宙中也是一樣的。這是由原子在宇宙中的分佈所決定的。謝謝!


一朵飄逸的雲中國


你這個問題~有意思。

目前~各種原子已“充滿”宇宙。呈現的:氣態,液態,固態,有機磁態,無機磁態……

都擺在這裡~為什麼還問“如上問題”。

如有冒犯,請原諒。謝謝關注。


俠客島69176191


看來簡單,其實複雜(宇宙中有多少種原子――本質的人文是無知的,不同的宇宙物質是在不同的特質場合中存在的,究而人文單單以氫、氦……等為元素是不是錯誤的或是指定的稱謂,因氫等的原素是人文指態的,實不然也是存在上的一種特定的相對存在,而飛鳥走獸難道在特定上不也是宇宙中的一種原素嗎――氫下可包含電子、粒子、等,想想,想一想哲學上的涵意)


蕊香益人


宇宙中原子總數約10^80個。放在一起組成球形,其直徑約10^27埃,大約直徑10光年。

當然,如果宇宙中原子放在一起,結果形成黑洞,因為直徑10光年的球質量接近10^53千克,也就是宇宙總質量。根據史瓦西黑洞公式,這個黑洞的半徑約是137億光年,正好等於現在可觀測宇宙的大小。


極樂佛


宇宙是有層級,並非單一的。原子或物質也是如此。一個很有趣的是,有些物質或原子是可以繁殖的,但是最後又要毀滅。這是個嚴肅的問題。從無到有從有到無,前前後後生生不熄。這和宇宙又有何干?這就好比你要抓只動物 ,不論這動物體積大小,你都需要準備適合它存在的空間。由此看物質或其它物質如暗物質存在的必然性,必須要是和空間的大小。而且要恰好合適。太空曠不行太小也不行。最終得出結論,應該是兆億分之一的比例。可以參考魚河和海。


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