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9、宇宙中到底有多少粒子?

  实际上,这个问题不可能有肯定的答案,这首先是因为没有人能确切地知道宇宙有多大。但是,我们可以作一些假设。

  有人曾作过一个估计,认为在我们这个宇宙中大约有100,000,000,000(亦即1011)个星系。这些星系,平均来说,每一个的质量都比太阳的质量大100,000,000,000(亦即1011)倍。

  这就等于说,宇宙间物质总量等于太阳质量的1011×1011(亦即1022)倍。换句话说,宇宙间的全部物质足够形成10,000,000,000,000,000,000,000(亦即1022)个太阳。

  太阳的质量是2×1033克。这就等于说,宇宙间的全部物质的质量是1022×2×1033(或者说2×1055)克。这个数字可以写为20,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000克。

  现在让我们再从另一个方面来看一看。宇宙的质量几乎完全集中在它所含有的核子中(核子是组成原子核的主要粒子)。核子是很小很小的东西,需要有6×1023个核子才能构成一克物质。

  既然需要有6×1023个核子才能构成一克物质,既然宇宙中含有2×1055克物质,那么宇宙间总共就应该有6×1023×2×1055(或者说12×1078个核子。为方便起见,可以把这个数字写为1.2×1079。

  天文学家认为,宇宙间有90%的原子是氢,9%的原子是氦,其余1%则是各种更为复杂的元素。就是说,在含有100个原子的一个典型样本中应当含有90个氢原子,9个氦原子和1个别的原子(比方说一个氧原子)。我们知道,每个氢原子的原子核有一个核子,即质子。每个氦原子核含有4个核子,即2个质子和2个中子。每个氧原子核含有16个核子,即8个质子和8个中子。

  因此,这100个原子总共应当含有142个核子,亦即116个质子和26个中子。

  这两类核子有一个区别。中子不带电荷,因此不必去考虑同它相伴随的粒子(电子)。质子带正电荷,因此,既然整个宇宙被认为是电中性的,所以只要有一个质子存在,就应该有一个电子(带有一个负电荷)和它同时存在。

  这样,每有142个核子,就应该有116个电子(以便和116个质子相平衡)。为了保持这一比例,宇宙间的1.2×1079个核子就应该伴随有1×1079个电子。把这些核子和电子加在一起,我们就得出宇宙间全部物质所含粒子总数应为2.2×1079。我们可以把这个数字写为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质和一半反物质组成,那么,这些粒子中就应当有一半是反核子和正电子。但是,这并不影响总数。

  宇宙间大量存在的另一些粒子是光子、中微子,也许有引力子,但它们都是没有质量的粒子,所以没有把它们计算在内。因此,总的说来,我们这个宇宙共有22×1078个粒子。它们构成了一个相当大的宇宙。

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