Podemos ter muitas diferenças entre nós; classes, crenças, países, ocupações e até gostos diferentes, mas uma coisa que todos nós temos em comum é nosso modelo microscópico … somos todos feitos de átomos. Isso não é compartilhado apenas entre colegas humanos; pelo contrário, é o caso de toda forma de matéria que existe, de bactérias e borboletas a leões, continentes e até estrelas colossais.Tudo com uma massa é um arranjo de átomos, pois eles são os blocos de construção da matéria. O número de átomos no universo observável é finito; portanto, os átomos continuam mudando seu arranjo para formar coisas novas. Se eles são finitos, podemos calcular o número total de átomos no universo ou, pelo menos, atingir um valor aproximado. Para fazer isso, no entanto, precisamos entender as origens da matéria e o próprio universo.
A grande explosão
O universo é um lugar extremamente vasto, mas, de acordo com a teoria do Big Bang, ele se expandiu de um ponto infinitesimal. Essa conclusão veio da extrapolação inversa da expansão observável do universo ao longo do tempo, usando a relatividade geral. Essa 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 da foto: VectorMine / Shutterstock)
Esse Big Bang remonta a um tempo finito – 13,8 bilhões de anos atrás, a era conhecida do nosso universo. Os primeiros átomos a formar foram hidrogênio e 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. Ou seja, só podemos observar as partes do universo de áreas onde a radiação eletromagnética teve tempo de alcançar nosso sistema solar. Assim, não sabemos o que está além do horizonte do universo observável; portanto, quando calculamos o número de átomos, nossa suposição é baseada no universo observável, e não no universo inteiro .
O Universo Observável (Crédito da foto: VectorMine / Shutterstock)
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 larga escala. Isso significa que as leis físicas agem uniformemente no universo como um todo e não devem ter nenhuma irregularidade observável em estruturas de grande escala. Isso vale também para a matéria, que é distribuída uniformemente por todo o universo. Isso 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 formados mais tarde em estrelas gigantes.
Simplificando, o universo parece o mesmo para todo observador de qualquer lugar em que esteja sendo visto; a densidade da matéria é a mesma em grandes escalas.
O número de átomos no universo observável
Para os propósitos deste cálculo, assumiremos que o universo é composto apenas de átomos de hidrogênio. Isso nos dará uniformidade para facilitar o cálculo. Começaremos calculando o número de átomos de hidrogênio em nosso Sol. A massa do sol é 2.011 × 10 33 g. A massa atômica média do átomo de hidrogênio é de 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 de Avogadro. O número de Avogadro é o número de partículas elementares, como moléculas, átomos, compostos, etc. por mole de uma substância; isso nos dará o número de átomos.
Assumir que o universo é composto apenas de átomos de hidrogênio simplifica o cálculo, de modo que cada átomo possui apenas um próton. (Crédito da foto: general-fmv / Shutterstock)
O número de átomos no sol é 1.201 × 10 57 . Sabemos que existem aproximadamente 10 11 estrelas em nossa galáxia, a Via Láctea. O número de átomos em nossa galáxia chega a 1.201 × 10 68 quando o número de estrelas é multiplicado pelo número de átomos no sol.
Para o universo observável, sabemos que existem aproximadamente 10 11 galáxias. Encontraremos 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 chega a… 10 78 !
Outra maneira de fazer esse 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 10 23 estrelas ou mais de 100 sextilhões. Em média, uma estrela pesa cerca de 10 35 gramas, o que torna a massa total do universo 1058 ou 1,2 x 10 52 toneladas. Cada grama de matéria contém cerca de 10 24 prótons, o que é o mesmo se assumirmos que todos os átomos são hidrogênio, pois um átomo de hidrogênio contém apenas um próton. O número total de átomos de hidrogênio totalizará 10 86 ou cem mil quadrilhões de vigilhões.
Esses cálculos aproximados variam de 10 78 a 10 86 . No termo dos leigos, são cerca de dez quatrilhões de vigilhões e cem mil quatrilhões de quatrilhões de átomos. Melhor ainda, seria parecido com 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 átomos … muitos zeros, de fato!
A matéria consiste em apenas 4,9% do universo observável. (Crédito da foto: Marcel Drechsler / Shutterstock)
Embora esse número de átomos pareça muito, a matéria compreende apenas 4,9% do universo observável. O restante é composto por 68,3% de energia escura e 26,8% de matéria escura. Postula-se também que a energia escura e a matéria escura sejam distribuídas ou organizadas uniformemente em aglomerados, como a matéria normal, por todo o universo. Suas propriedades são em grande parte desconhecidas, mas é consensual que elas ajudam na expansão do universo.
Devemos observar que essas são estimativas aproximadas baseadas em muitas suposições amplas. À medida que a ciência progredir, vamos conceber maneiras ainda melhores de fazer estimativas mais precisas, ou seja, simulando o universo nos computadores.
De qualquer forma, os átomos continuarão se transformando em diferentes arranjos de outras coisas, assim como os átomos que antes eram uma estrela agora compõem você e eu. Com tudo isso em mente, será difícil esquecer que você é feito de estrelas!