Puede que tengamos muchas diferencias entre nosotros; diferentes clases, creencias, países, ocupaciones e incluso gustos, pero una cosa que todos tenemos en común es nuestro plano microscópico… todos estamos hechos de átomos. Esto no sólo se comparte entre los compañeros humanos; más bien, es el caso de cada forma de materia que existe, desde bacterias y mariposas hasta leones, continentes e incluso estrellas colosales.
Todo lo que tiene masa es una disposición de átomos, ya que son los bloques de construcción de la materia. El número de átomos en el universo observable es finito, por lo que los átomos siguen cambiando su disposición para formar cosas nuevas. Si son finitos, podemos calcular el número total de átomos en el universo, o al menos llegar a una cifra aproximada. Para ello, sin embargo, necesitamos entender los orígenes de la materia y del propio universo.
El Big Bang
El universo es un lugar extremadamente vasto, pero según la teoría del Big Bang, se expandió desde un punto infinitesimal. Esta conclusión se obtuvo mediante la extrapolación hacia atrás de la expansión observable del universo a través del tiempo utilizando la relatividad general. Esta extrapolación lleva de nuevo a un punto infinitesimal donde hay densidad y temperatura infinitas, donde no podría existir ninguna forma de materia.
La línea de tiempo cósmica (Crédito de la foto : VectorMine/ )
Este Big Bang se remonta a un tiempo finito – 13.8 mil millones de años, la edad conocida de nuestro universo. Los primeros átomos que se formaron fueron el hidrógeno y el helio, que comenzaron a formarse unos 380.000 años después del Big Bang.
Hay algunas barreras físicas que limitan nuestra visión del universo. Concretamente, sólo podemos observar las partes del universo desde las zonas en las que la radiación electromagnética ha tenido tiempo de llegar a nuestro sistema solar. Por lo tanto, no sabemos qué hay más allá del horizonte del universo observable, así que cuando calculamos el número de átomos, nuestra suposición se basa en el universo observable, y no en el universo entero.
El universo observable (Crédito de la foto : VectorMine/ )
El principio cosmológico
Otra cosa a considerar es la densidad y distribución de la materia en el universo. Según el principio cosmológico, el universo es homogéneo e isótropo cuando se ve a gran escala. Esto significa que las leyes físicas actúan de manera uniforme en todo el universo y no debería haber irregularidades observables en las estructuras a gran escala. Esto también es válido para la materia, que está distribuida uniformemente por todo el universo. Esto ayuda a estimar el número de galaxias y estrellas en el universo, en promedio. Este principio también afirma que los elementos más pesados no se produjeron en el Big Bang, sino que se formaron posteriormente en estrellas gigantes.
En pocas palabras, el universo tiene el mismo aspecto para todos los observadores desde cualquier lugar al que se mire; la densidad de la materia es la misma en las grandes escalas.
El número de átomos en el universo observable
Para los propósitos de este cálculo, supondremos que el universo está formado sólo por átomos de hidrógeno. Esto nos dará uniformidad para facilitar el cálculo. Empezaremos calculando el número de átomos de hidrógeno de nuestro Sol. La masa del Sol es de 2,011×1033 g. La masa atómica media del átomo de hidrógeno es de 1,008 amu. Para obtener el número de átomos en el Sol, tendríamos que dividir la masa del Sol por la masa molar del átomo de hidrógeno y multiplicarla por el número de Avogadro. El número de Avogadro es el número de partículas elementales, como moléculas, átomos, compuestos, etc. por mol de una sustancia; esto nos dará el número de átomos.
Suponiendo que el universo está formado sólo por átomos de hidrógeno se simplifica el cálculo de manera que cada átomo sólo tiene un protón. (Crédito de la foto : general-fmv/ )
El número de átomos en el sol llega a 1,201×1057. Sabemos que hay aproximadamente 1011 estrellas en nuestra galaxia, la Vía Láctea. Por tanto, el número de átomos de nuestra galaxia es de 1,201×1068 cuando se multiplica el número de estrellas por el número de átomos del sol.
Para el universo observable, sabemos que hay aproximadamente 1011 galaxias. Hallaremos el número de átomos del universo multiplicando el número de átomos de nuestra galaxia por el número de galaxias del universo. El número total de átomos en el universo es entonces… ¡1078!
Otra forma de hacer este cálculo es calculando la masa del universo. Sabemos que hay una media de 400.000 millones de galaxias en el universo observable, lo que equivale a unas 1,2 x 1023 estrellas o más de 100 sextillones. Por término medio, una estrella pesa unos 1035 gramos, lo que hace que la masa total del universo sea de 1058 o 1,2 x 1052 toneladas métricas. Cada gramo de materia contiene unos 1024 protones, lo que es igual si suponemos que todos los átomos son de hidrógeno, ya que un átomo de hidrógeno sólo contiene un protón. El número total de átomos de hidrógeno ascenderá entonces a 1086 o cien mil cuatrillones de vigencias.
Estos cálculos aproximados oscilan entre 1078 y 1086. En términos sencillos, se trata de unos diez cuatrillones de vigintillones y cien mil cuatrillones de vigintillones de átomos. Mejor aún, se vería como 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 átomos… ¡muchos ceros de hecho!
La materia consiste en sólo el 4,9% del universo observable. (Crédito de la foto: Marcel Drechsler/ )
Aunque ese número de átomos parece mucho, la materia sólo comprende el 4,9% del universo observable. El resto está formado por un 68,3% de energía oscura y un 26,8% de materia oscura. También se postula que la energía y la materia oscuras están uniformemente distribuidas u organizadas en grupos, al igual que la materia normal, en todo el universo. Sus propiedades se desconocen en gran medida, pero se coincide en que contribuyen a la expansión del universo.
Debemos tener en cuenta que se trata de estimaciones aproximadas basadas en muchas suposiciones generales. A medida que la ciencia avance, idearemos formas aún mejores de hacer estimaciones más precisas, concretamente simulando el universo en ordenadores.
En cualquier caso, los átomos seguirán transformándose en diferentes disposiciones de otras cosas, al igual que los átomos que una vez estuvieron en una estrella ahora nos forman a ti y a mí. Con todo esto en mente, será difícil olvidar que estás hecho de materia estelar.