9、宇宙中到底有多少粒子?
你知道嗎--現代科學中的100個問題 作者：艾薩克·阿西莫夫 投票推薦 加入書簽 留言反饋
實際上，這個問題不可能有肯定的答案，這首先是因為沒有人能確切地知道宇宙有多大。但是，我們可以作一些假設。
有人曾作過一個估計，認為在我們這個宇宙中大約有100，000，000，000（亦即1011）個星係。這些星係，平均來說，每一個的質量都比太陽的質量大100，000，000，000（亦即1011）倍。
這就等於說，宇宙間物質總量等於太陽質量的1011x1011（亦即1022）倍。換句話說，宇宙間的全部物質足夠形成10，000，000，000，000，000，000，000（亦即1022）個太陽。
太陽的質量是2x1033克。這就等於說，宇宙間的全部物質的質量是1022x2x1033（或者說2x1055）克。這個數字可以寫為20，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000克。
現在讓我們再從另一個方麵來看一看。宇宙的質量幾乎完全集中在它所含有的核子中（核子是組成原子核的主要粒子）。核子是很小很小的東西，需要有6x1023個核子才能構成一克物質。
既然需要有6x1023個核子才能構成一克物質，既然宇宙中含有2x1055克物質，那麽宇宙間總共就應該有6x1023x2x1055（或者說12x1078個核子。為方便起見，可以把這個數字寫為1.2x1079。
天文學家認為，宇宙間有90％的原子是氫，9％的原子是氦，其餘1％則是各種更為複雜的元素。就是說，在含有100個原子的一個典型樣本中應當含有90個氫原子，9個氦原子和1個別的原子（比方說一個氧原子）。我們知道，每個氫原子的原子核有一個核子，即質子。每個氦原子核含有4個核子，即2個質子和2個中子。每個氧原子核含有16個核子，即8個質子和8個中子。
因此，這100個原子總共應當含有142個核子，亦即116個質子和26個中子。
這兩類核子有一個區別。中子不帶電荷，因此不必去考慮同它相伴隨的粒子（電子）。質子帶正電荷，因此，既然整個宇宙被認為是電中性的，所以隻要有一個質子存在，就應該有一個電子（帶有一個負電荷）和它同時存在。
這樣，每有142個核子，就應該有116個電子（以便和116個質子相平衡）。為了保持這一比例，宇宙間的1.2x1079個核子就應該伴隨有1x1079個電子。把這些核子和電子加在一起，我們就得出宇宙間全部物質所含粒子總數應為2.2x1079。我們可以把這個數字寫為22，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000。
如果宇宙是由一半物質和一半反物質組成，那麽，這些粒子中就應當有一半是反核子和正電子。但是，這並不影響總數。
宇宙間大量存在的另一些粒子是光子、中微子，也許有引力子，但它們都是沒有質量的粒子，所以沒有把它們計算在內。因此，總的說來，我們這個宇宙共有22x1078個粒子。它們構成了一個相當大的宇宙。
有人曾作過一個估計，認為在我們這個宇宙中大約有100，000，000，000（亦即1011）個星係。這些星係，平均來說，每一個的質量都比太陽的質量大100，000，000，000（亦即1011）倍。
這就等於說，宇宙間物質總量等於太陽質量的1011x1011（亦即1022）倍。換句話說，宇宙間的全部物質足夠形成10，000，000，000，000，000，000，000（亦即1022）個太陽。
太陽的質量是2x1033克。這就等於說，宇宙間的全部物質的質量是1022x2x1033（或者說2x1055）克。這個數字可以寫為20，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000克。
現在讓我們再從另一個方麵來看一看。宇宙的質量幾乎完全集中在它所含有的核子中（核子是組成原子核的主要粒子）。核子是很小很小的東西，需要有6x1023個核子才能構成一克物質。
既然需要有6x1023個核子才能構成一克物質，既然宇宙中含有2x1055克物質，那麽宇宙間總共就應該有6x1023x2x1055（或者說12x1078個核子。為方便起見，可以把這個數字寫為1.2x1079。
天文學家認為，宇宙間有90％的原子是氫，9％的原子是氦，其餘1％則是各種更為複雜的元素。就是說，在含有100個原子的一個典型樣本中應當含有90個氫原子，9個氦原子和1個別的原子（比方說一個氧原子）。我們知道，每個氫原子的原子核有一個核子，即質子。每個氦原子核含有4個核子，即2個質子和2個中子。每個氧原子核含有16個核子，即8個質子和8個中子。
因此，這100個原子總共應當含有142個核子，亦即116個質子和26個中子。
這兩類核子有一個區別。中子不帶電荷，因此不必去考慮同它相伴隨的粒子（電子）。質子帶正電荷，因此，既然整個宇宙被認為是電中性的，所以隻要有一個質子存在，就應該有一個電子（帶有一個負電荷）和它同時存在。
這樣，每有142個核子，就應該有116個電子（以便和116個質子相平衡）。為了保持這一比例，宇宙間的1.2x1079個核子就應該伴隨有1x1079個電子。把這些核子和電子加在一起，我們就得出宇宙間全部物質所含粒子總數應為2.2x1079。我們可以把這個數字寫為22，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000，000。
如果宇宙是由一半物質和一半反物質組成，那麽，這些粒子中就應當有一半是反核子和正電子。但是，這並不影響總數。
宇宙間大量存在的另一些粒子是光子、中微子，也許有引力子，但它們都是沒有質量的粒子，所以沒有把它們計算在內。因此，總的說來，我們這個宇宙共有22x1078個粒子。它們構成了一個相當大的宇宙。