9、宇宙中到底有多少粒子?

  實際上,這個問題不可能有肯定的答案,這首先是因為沒有人能確切地知道宇宙有多大。但是,我們可以作一些假設。
  有人曾作過一個估計,認為在我們這個宇宙中大約有100,000,000,000(亦即1011)個星系。這些星系,平均來說,每一個的質量都比太陽的質量大100,000,000,000(亦即1011)倍。
  這就等於說,宇宙間物質總量等於太陽質量的1011×1011(亦即1022)倍。換句話說,宇宙間的全部物質足夠形成10,000,000,000,000,000,000,000(亦即1022)個太陽。
  太陽的質量是2×1033克。這就等於說,宇宙間的全部物質的質量是1022×2×1033(或者說2×1055)克。這個數字可以寫為20,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000克。
  現在讓我們再從另一個方面來看一看。宇宙的質量幾乎完全集中在它所含有的核子中(核子是組成原子核的主要粒子)。核子是很小很小的東西,需要有6×1023個核子才能構成一克物質。
  既然需要有6×1023個核子才能構成一克物質,既然宇宙中含有2×1055克物質,那麼宇宙間總共就應該有6×1023×2×1055(或者說12×1078個核子。為方便起見,可以把這個數字寫為1.2×1079。
  天文學家認為,宇宙間有90%的原子是氫,9%的原子是氦,其餘1%則是各種更為複雜的元素。就是說,在含有100個原子的一個典型樣本中應當含有90個氫原子,9個氦原子和1個別的原子(比方說一個氧原子)。我們知道,每個氫原子的原子核有一個核子,即質子。每個氦原子核含有4個核子,即2個質子和2個中子。每個氧原子核含有16個核子,即8個質子和8個中子。
  因此,這100個原子總共應當含有142個核子,亦即116個質子和26個中子。
  這兩類核子有一個區別。中子不帶電荷,因此不必去考慮同它相伴隨的粒子(電子)。質子帶正電荷,因此,既然整個宇宙被認為是電中性的,所以只要有一個質子存在,就應該有一個電子(帶有一個負電荷)和它同時存在。
  這樣,每有142個核子,就應該有116個電子(以便和116個質子相平衡)。為了保持這一比例,宇宙間的1.2×1079個核子就應該伴隨有1×1079個電子。把這些核子和電子加在一起,我們就得出宇宙間全部物質所含粒子總數應為2.2×1079。我們可以把這個數字寫為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質和一半反物質組成,那麼,這些粒子中就應當有一半是反核子和正電子。但是,這並不影響總數。
  宇宙間大量存在的另一些粒子是光子、中微子,也許有引力子,但它們都是沒有質量的粒子,所以沒有把它們計算在內。因此,總的說來,我們這個宇宙共有22×1078個粒子。它們構成了一個相當大的宇宙。
《你知道嗎--現代科學中的100個問題》