Physics 版 (精华区)

发信人: yanyanyan (风), 信区: Physics
标  题: ９　宇宙中到底有多少粒子？
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年02月19日11:29:06 星期一), 站内信件

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１０^11）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１０
０，０００，０００，０００（亦即１０^11）倍。
　　这就等于说，宇宙间物质总量等于太阳质量的１０^11×
１０^11（亦即１０^22）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１０^22）个太阳。
　　太阳的质量是２×１０^33克。这就等于说，宇宙间的
全部物质的质量是１０^22×２×１０^33（或者说２×１０^55）
克。这个数字可以写为２０，０００，０００，０００，０
００，０００，０００，０００，０００，０００，０００，
０００，０００，０００，０００，０００，０００，００
０，０００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６×１０^23个核子才
能构成一克物质。
　　既然需要有６×１０^23个核子才能构成一克物质，既然
宇宙中含有２×１０^55克物质，那么宇宙间总共就应该有６
×１０^23×２×１０^55（或者说１２×１０^78个核子。为方
便起见，可以把这个数字写为１．２×１０^79。
　　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
１．２×１０^79个核子就应该伴随有１×１０^79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２．２×１０^79。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２２×１０^78个
粒子。它们构成了一个相当大的宇宙。

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