Question

宇宙中到底有多少粒子？

Answer 1

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解析:

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10

0，000，000，000（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20，000，000，000，0

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6×1023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。