Dacă am pune unul lângă altul toţi atomii din univers, cât spaţiu ar ocupa? Cât de mare ar fi gaura neagră care s-ar crea?
Imediat după Big Bang, universul nostru era un loc fierbinte şi dens, care a intrat rapid într-o stare de expansiune. Pe măsură ce s-a mai răcit, protonii şi neutronii au format elemente uşoare, ca: hidrogenul, heliul şi litiul. Ulterior, sub puterea gravitaţiei, materia s-a aglutinat, iar elemente mai grele au luat naştere în cadrul unor diverse procese cosmice.
Să ne imaginăm că am putea aduna toţi atomii de materie obişnuită din univers şi i-am pune unul lângă altul. Ce volum ar ocupa în raport cu volumul universului observabil?
Dar materia astfel aglomerată ar suferi un colaps gravitaţional. Cât de mare ar fi gaura neagră care s-ar forma din materia din întregul univers, raportată la universul observabil?
Ca să răspundem la întrebare, vom calcula întâi volumul tuturor atomilor din universul observabil puși la un loc (întrucât, oricât de uimitor pare, avem o idee despre numărul acestora), iar apoi vom vedea care este raportul dintre volumul atomilor și volumul universului observabil (cunoaştem cu o bună precizie dimensiunea universului observabil).
Întrucât raza atomică diferă de la element la element, vom folosi media ponderată a razelor atomilor de hidrogen și heliu, cele mai abundente două elemente din univers (98% din atomii din univers).
Raza atomului de hidrogen este de 53 picometri (un picometru, pm, este 10-12 m), atomul de hidrogen constituind aproximativ 75% din totalitatea atomilor. Raza atomului de heliu este de 31 picometri, heliul reprezentând circa 25% dintre atomi (atenţie, am spus că vom lua în calcul doar hidrogenul şi heliul).
Calculând media ponderată obținem următoarea rază medie a unui atom „standard”:
Știind raza atomică medie, putem calcula volumul mediu al unui atom. Vom presupune că un atom ocupă o zonă cubică din spațiu, deci:
Întrucât în universul observabil există aproximativ 1080 atomi (1 urmat de 80 de zerouri), ajungem la un volum total al atomilor:
Destul de mare! Dacă am crea o sferă din toți acești atomi, am putea afla diametrul acesteia folosindu-ne de formula volumului unei sfere:
deci
deci diametrul sferei este:
Diametrul universului observabil este de 8,8 * 1026 m, deci este de aproximativ 10 miliarde de ori mai mare decât diametrul sferei tuturor atomilor din univers.
Având acum datele necesare, am putea încerca să redăm grafic volumul pe care l-ar ocupa toţi atomii din univers, puşi unul lângă altul, în raport cu volumul universului observabil. Din păcate, nu este posibil, din cauza diferenţei enorme dintre diametrul universului observabil şi cel al sferei cu toţi atomii din univers. Ecranul computerului este prea mic, dacă vrem să alocăm atomilor de materie măcar un pixel…
Ce am putut face însă, şi vedeţi rezultatul în imaginea de mai sus, este să punem în perspectivă Calea Lactee şi sfera fictivă ce ar conţine toţi atomii din univers.
Surprinzător sau nu, universul este în cea mai mare parte spațiu gol, chiar dacă atomii nu stau într-un loc, ca în imagine, ci sunt distribuiți în diverse densități în diferite regiuni ale cosmosului. Putem spune că materia ocupă, în total, un spațiu infim în raport cu spațiul universului observabil.
Dar sfera cu toţi atomii din univers al colapsa într-o gaură neagră…
Desigur, ce facem aici este doar un exerciţiu de imaginaţie. Dacă am reuşi să punem împreună toţi atomii din univers într-o sferă, aceştia ar colapsa într-o gaură neagră. Universul ar pierde, aşadar, toată materia. Ar mai rămâne materia întunecată şi energia întunecată, orice ar fi acestea.
Pentru a afla diametrul acestei găuri negre, ne vom folosi de ecuaţia lui Schwarzschild pentru raza găurii negre. Ecuaţia arată astfel:
unde G este constanta Gravitaţională, M este masa găurii negre, iar c este viteza luminii.
Știm masa aproximativă a tuturor atomilor din univers, o putem folosi în ecuaţie ca fiind masa găurii negre:
deci
deci, diametrul găurii negre este:
Surprinzător, poate, pentru mulţi, gaura neagră care s-ar forma ar fi uimitor de mare în raport cu sfera tuturor atomilor (de aproximativ 4 miliarde de ori mai mare). Cum este posibil? În fapt, când vorbim despre dimensiunea unei găuri negre, ne referim la orizontul evenimentelor, care reprezintă limita exterioară (dar care nu are nicio caracteristică fizică distinctivă) a găurii negre, care odată atinsă, nimic nu mai poate scăpa gravitaţiei (efectelor curbării spaţiu-timpului).
Citiţi şi:
19 fotografii care te vor face să privești viața dintr-o altă perspectivă
Dacă atomii sunt în mare parte spațiu gol, de ce obiectele fizice arată și se simt solide?
Atomi de materie întunecată şi un Univers «paralel»?
yogaesoteric
2 aprilie 2021