- O Big Bang
- O Princípio Cosmológico
- O número de átomos no Universo observável
Podemos ter muitas diferenças entre nós; diferentes classes, crenças, países, ocupações e até gostos, mas uma coisa que todos nós temos em comum é o nosso esquema microscópico… todos nós somos feitos de átomos. Isto não é apenas compartilhado entre os semelhantes; é o caso de todas as formas de matéria que existem, desde bactérias e borboletas a leões, continentes e até mesmo estrelas colossais.
Todas as coisas com uma massa são um arranjo de átomos, pois são os blocos de construção da matéria. O número de átomos no universo observável é finito, por isso os átomos continuam a mudar a sua disposição para formar coisas novas. Se eles são finitos, então podemos calcular o número total de átomos no universo, ou pelo menos chegar a um número de ballpark. Para isso, porém, precisamos entender as origens da matéria e do próprio universo.
The Big Bang
O universo é um lugar extremamente vasto, mas de acordo com a Teoria do Big Bang, ele se expandiu a partir de um ponto infinitesimal. Esta conclusão veio pela extrapolação para trás da expansão observável do Universo através do tempo usando a relatividade geral. Esta extrapolação leva de volta a um ponto infinitesimal onde há densidade e temperatura infinitas, onde nenhuma forma de matéria poderia existir.
A linha do tempo cósmica (Crédito Fotográfico : VectorMine/ )
Este Big Bang é traçado de volta a um tempo finito – 13.8 bilhões de anos atrás, a idade conhecida do nosso universo. Os primeiros átomos a se formar foram o hidrogênio e o hélio, que começaram a se formar cerca de 380.000 anos após o Big Bang.
Existem algumas barreiras físicas que limitam nossa visão do universo. Nomeadamente, só podemos observar as partes do universo a partir de áreas onde a radiação electromagnética teve tempo para chegar ao nosso sistema solar. Assim, não sabemos o que está além do horizonte do universo observável, então quando calculamos o número de átomos, nossa suposição é baseada no universo observável, ao invés do universo inteiro.
p> O Universo Observável (Crédito Fotográfico : VectorMine/ ) O Princípio Cosmológico
Outra coisa a considerar é a densidade e distribuição da matéria no Universo. Baseado no princípio cosmológico, o Universo é homogêneo e isotrópico quando visto em grande escala. Isto significa que as leis físicas agem uniformemente em todo o universo e não devem ter irregularidades observáveis em estruturas de grande escala. Isto também se aplica à matéria, que está uniformemente distribuída pelo Universo. Isto ajuda a estimar o número de galáxias e estrelas no Universo, em média. Este princípio também afirma que elementos mais pesados não foram produzidos pelo Big Bang, mas foram mais tarde formados em estrelas gigantes.
Simplesmente colocado, o Universo parece o mesmo para cada observador de qualquer lugar que esteja sendo olhado; a densidade da matéria é a mesma em grandes escalas.
O número de átomos no universo observável
Para os propósitos deste cálculo, vamos assumir que o universo é composto apenas por átomos de hidrogénio. Isto nos dará uniformidade para facilitar o cálculo. Vamos começar por calcular o número de átomos de hidrogénio no nosso Sol. A massa do Sol é 2,011×1033 g. A massa atómica média do átomo de hidrogénio é 1,008 amu. Para obter o número de átomos no Sol, precisaríamos dividir a massa do Sol pela massa molar do átomo de hidrogênio e multiplicá-la pelo número da Avogadro. O número de Avogadro é o número de partículas elementares, tais como moléculas, átomos, compostos, etc. por molécula de uma substância; isto nos dará o número de átomos.
Assumindo que o universo é composto apenas por átomos de hidrogênio simplifica o cálculo para que cada átomo tenha apenas um próton. (Crédito Fotográfico : general-fmv/ )
O número de átomos no Sol chega a 1.201×1057. Sabemos que existem aproximadamente 1011 estrelas na nossa galáxia, a Via Láctea. O número de átomos em nossa galáxia, portanto, chega a 1.201×1068 quando o número de estrelas é multiplicado pelo número de átomos no Sol.
Para o universo observável, nós sabemos que existem aproximadamente 1011 galáxias. Nós vamos encontrar o número de átomos no Universo multiplicando o número de átomos em nossa galáxia pelo número de galáxias no Universo. O número total de átomos no Universo então chega a… 1078!
Uma outra maneira de fazer este cálculo é calculando a massa do Universo. Sabemos em média que existem cerca de 400 bilhões de galáxias no Universo observável, que chega a cerca de 1,2 x 1023 estrelas ou mais de 100 sextilhões. Em média, uma estrela pesa cerca de 1035 gramas, o que torna a massa total do Universo 1058 ou 1,2 x 1052 toneladas métricas. Cada grama de matéria contém cerca de 1024 prótons, o que é o mesmo se assumirmos que todos os átomos são hidrogênio, já que um átomo de hidrogênio contém apenas um próton. O número total de átomos de hidrogênio totalizará então 1086 ou cem mil quadriliões de vigintillion.
Estes cálculos aproximados variam de 1078 a 1086. Em termos leigos, isto é cerca de dez quadriliões de vigintillion e cem mil quadriliões de vigintillion de átomos. Melhor ainda, pareceria 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 de átomos… muitos zeros de fato!
Matéria consiste em apenas 4,9% do universo observável. (Crédito Fotográfico : Marcel Drechsler/ )
Even embora esse número de átomos pareça muito, a matéria compreende apenas 4,9% do universo observável. O resto é composto por 68,3% de energia escura e 26,8% de matéria escura. A energia escura e a matéria escura também são postulados para serem distribuídos uniformemente ou organizados em tufos, tal como a matéria normal, por todo o universo. Suas propriedades são em grande parte desconhecidas, mas é consenso que elas ajudam na expansão do Universo.
Devemos notar que estas são estimativas aproximadas baseadas em muitas suposições amplas. À medida que a ciência avança ainda mais, nós vamos conceber formas ainda melhores de fazer estimativas mais precisas, nomeadamente através da simulação do universo em computadores.
Em qualquer caso, os átomos vão continuar a transformar-se em arranjos diferentes de outras coisas, tal como os átomos que outrora estavam numa estrela agora compõem você e eu. Com tudo isso em mente, será difícil esquecer que você é feito de matéria estrelada!