Не е тайна, че Вселената е изключително обширно място. И като се има предвид големият обем на това пространство, човек би очаквал, че количеството съдържаща се материя ще бъде също толкова впечатляващо.
Но интересното е, че когато погледнете този въпрос на най-малката везна, числата стават най-умопомрачителните. Например се смята, че в нашата наблюдаема вселена съществуват между 120 до 300 секстилионни звезди (това е 1,2 x 10 ² 3 до 3 x 10 ² 3) звезди. Но ако се погледнем по-отблизо, в атомната скала, числата стават още по-немислими.
На това ниво се изчислява, че има между 1078 до 1082 атоми в известната, наблюдавана вселена. По думите на непрофесионалния човек, това достига между десет квадрилиона вигинтилион и сто хиляди квадрилиона вигинтилионни атоми.
И въпреки това, тези числа не отразяват точно колко материя може наистина да има Вселената. Както вече беше посочено, тази оценка отчита само наблюдаваната Вселена, която достига 46 милиарда светлинни години във всяка посока и се основава на мястото, където разширяването на космоса е взело най-отдалечените наблюдавани обекти.
Докато наскоро немски суперкомпютър управлява симулация и изчислява, че около 500 милиарда галактики съществуват в обхвата на наблюдение, по-консервативна оценка поставя броя им на около 300 милиарда. Тъй като броят на звездите в една галактика може да достигне до 400 милиарда, тогава общият брой звезди може да бъде около 1,2 × 1023 - или малко над 100 секстилиона.
Средно всяка звезда може да тежи около 1035 грама. Така общата маса би била около 1058 грама (това е 1,0 х 1052 метрични тонове). Тъй като е известно, че всеки грам материя има около 1024 протони или приблизително еднакъв брой водородни атоми (тъй като един водороден атом има само един протон), тогава общият брой водородни атоми би бил приблизително 1086 - ака. сто хиляди квадрилиона вигинтилион.
В рамките на тази наблюдаема вселена тази материя се разпространява хомогенно в пространството, поне когато е осреднена на разстояния, по-големи от 300 милиона светлинни години. На по-малки мащаби обаче се наблюдава, че материята се образува в бучките от йерархично организирана светеща материя, с която всички сме запознати.
Накратко, повечето атоми са кондензирани в звезди, повечето звезди са кондензирани в галактики, повечето галактики в струпвания, повечето струпвания в суперклъстери и накрая в най-мащабните структури като Голямата стена на галактиките (известна още като Голямата стена на Слоан) , В по-малък мащаб тези бучки са просмукани от облаци прахови частици, газови облаци, астероиди и други малки бучки звездна материя.
Наблюдаваната материя на Вселената също се разпространява изотропно; което означава, че никоя посока на наблюдение не изглежда различна от която и да е друга и всеки регион на небето има приблизително едно и също съдържание. Вселената също се къпе във вълна от силно изотропна микровълнова радиация, която съответства на топлинно равновесие от приблизително 2,725 келвина (малко над абсолютната нула).
Хипотезата, че широкомащабната вселена е хомогенна и изотропна, е известна като космологичен принцип. Това гласи, че физическите закони действат еднакво в цялата Вселена и следователно не трябва да създават забележими нередности в структурата на мащаба. Тази теория е подкрепена от астрономически наблюдения, които са помогнали да се очертае еволюцията на структурата на Вселената, тъй като тя първоначално е заложена от Големия взрив.
Настоящият консенсус сред учените е, че по-голямата част от материята е създадена в това събитие и че разширяването на Вселената не е добавило нова материя към уравнението. По-скоро се смята, че това, което се случва през последните 13,7 милиарда години, е просто разширяване или разпръскване на първоначално създадените маси. Тоест, по време на това разширение не е добавено количество материя, която не е била в началото.
Еквивалентността на масата и енергията на Айнщайн обаче представлява леко усложнение на тази теория. Това е следствие, произтичащо от специалната относителност, при която добавянето на енергия към даден обект постепенно увеличава неговата маса. Между всички сливания и деления атомите редовно се превръщат от частици в енергии и обратно.
Въпреки това, наблюдавана в голям мащаб, общата плътност на материята във Вселената остава една и съща с течение на времето. Настоящата плътност на наблюдаваната вселена се оценява на много ниска - приблизително 9,9 × 10-30 грама на кубичен сантиметър. Тази масова енергия се състои от 68,3% тъмна енергия, 26,8% тъмна материя и само 4,9% обикновена (светеща) материя. Така плътността на атомите е от порядъка на един водороден атом за всеки четири кубически метра обем.
Свойствата на тъмната енергия и тъмната материя са до голяма степен неизвестни и могат да бъдат равномерно разпределени или организирани в бучки като нормална материя. Въпреки това се смята, че тъмната материя гравитира както обикновената материя и по този начин работи за забавяне на разширяването на Вселената. За разлика от тях, тъмната енергия ускорява разширяването си.
За пореден път това число е само груба оценка. Когато се използва за оценка на общата маса на Вселената, тя често не достига това, което прогнозите прогнозират. И в крайна сметка това, което виждаме, е просто по-малка част от цялото.
Имаме много статии, които са свързани с количеството материя във Вселената тук, в списание „Космос“, като Колко галактики във Вселената и Колко звезди са по Млечния път?
НАСА има и следните статии за Вселената, като Колко галактики има? и тази статия за звездите в нашата галактика.
Имаме и епизоди на подкаст от Астрономически роли на тема Галактики и променливи звезди.
