التخطي إلى المحتوى

قد يكون لدينا العديد من الإختلافات بيننا في هذا الكون, ومنها مختلف الطبقات والمعتقدات والبلدان والمهن وحتى الأذواق, ولكن الشيء المشترك بيننا جميعًا هو مخططنا المجهري … لقد صُنعنا جميعًا من الذرات, وهذا ليس مشتركًا فقط بين بني البشر, وبدلاً من ذلك هذا هو الحال بالنسبة لكل شكل من أشكال المادة, من البكتيريا والفراشات إلى الأسود والقارات وحتى النجوم الهائلة.

كل شيء مع كتلة هو ترتيب الذرات لأنها اللبنات الأساسية للمادة, وعدد الذرات القابلة للرصد محدودة, لذلك تستمر الذرات في تغيير ترتيبها لتشكيل أشياء جديدة, وإذا كانت محدودة, فيمكننا حساب عدد الذرات الكلية, أو على الأقل الوصول إلى شخصية ملعب كرة قدم للقيام بذلك, ومع ذلك نحن بحاجة إلى فهم أصول المادة والكون نفسه.

إنفجار الكون الكبير

الكون مكان شاسع للغاية، لكن وفقًا لنظرية الإنفجار الكبير، فقد إمتد من نقطة لا متناهية, وجاء هذا الإستنتاج من خلال الإستقراء الخلفي للتوسع الملحوظ للكون عبر الزمن بإستخدام النسبية العامة, ويؤدي هذا الإستقراء إلى نقطة متناهية الصغر, حيث توجد كثافة ودرجة حرارة لانهائية, ولا يمكن أن يوجد أي شكل من أشكال المادة.

الخط الزمني لـ الكون
الخط الزمني الكوني

يعود هذا الإنفجار الكبير إلى زمن محدد – منذ 13.8 مليار سنة, وهو عصر كوننا المعروف, وكانت أول ذرات تتشكل هي الهيدروجين والهيليوم, والتي بدأت تتشكل بعد حوالي 380،000 عام من الإنفجار العظيم.

هناك بعض الحواجز المادية التي تحد من نظرتنا للكون, ويمكننا فقط مراقبة أجزاء الكون من المناطق التي كان للإشعاع الكهرومغناطيسي فيها الوقت للوصول إلى نظامنا الشمسي, وبالتالي نحن لا نعرف ما وراء الأفق القابلة للرصد, لذلك عندما نحسب عدد الذرات، فإن إفتراضنا يعتمد على الكون القابل للرصد بدلاً من الكون المحيط.

الكون القابل للرصد
الكون الذي يمكن ملاحظته.

المبدأ الكوني

شيء آخر في الإعتبار هو كثافة وتوزيع المادة في الكون بناءً على المبدأ الكوسمولوجي, ويكوّن الكون متجانس ومتباين الخواص عند النظر إليه على نطاق واسع, وهذا يعني أن القوانين الفيزيائية تعمل بشكل موحد في جميع الأنحاء ككل, ويجب ألا يكون لها أي مخالفات ملحوظة في الهياكل واسعة النطاق, وهذا صحيح بالنسبة للمادة أيضاً, والتي يتم توزيعها بشكل موحّد في جميع أنحاء الكون, وهذا يساعد في تقدير عدد المجرات والنجوم في المتوسط, وينص هذا المبدأ أيضًا على أن العناصر الأثقل لم يتم إنتاجها بواسطة Big Bang, ولكنها تشكلت لاحقًا في نجوم عملاقة.

ببساطة يبدو الكون نفسه بالنسبة لكل مراقب من أي مكان ينظر إليه, وكثافة المادة هي نفسها عبر المقاييس الكبيرة.

عدد الذرات في الكون المرئي

لأغراض هذا الحساب، سوف نفترض أن الكون يتكون من ذرات الهيدروجين فقط, وهذا سيتيح لنا التوحيد من أجل حساب أسهل, وسنبدأ بحساب عدد ذرات الهيدروجين في شمسنا, وكتلة الشمس هي  2.011× 10/33 جم, ومتوسط ​​الكتلة الذرية لذرة الهيدروجين هو 1.008 amu, وللحصول على عدد من الذرات في الشمس، نحتاج إلى تقسيم كتلة الشمس على الكتلة المولية لذرة الهيدروجين وضربها بعدد “ثابت أفوجادرو“, ورقم “ثابت أفوجادرو” هو عدد الجزيئات الأولية، مثل الجزيئات والذرات والمركبات – إلخ لكل مول من المادة, وهذا سيعطينا عدد الذرات.

عدد الذرات
بإفتراض أن الكون يتكون من ذرات الهيدروجين فقط, فإنه يسهل الحساب بحيث يكون لكل ذرة بروتون واحد.

عدد ذرات الشمس يصل إلى 1.201×10/57, ونحن نعلم أن هناك ما يقرب من 10/11 نجمة في مجرتنا (درب التبانة), وبالتالي فإن عدد الذرات في مجرتنا يصل إلى 1.201 × 10/68 عندما يتم ضرب عدد النجوم بعدد الذرات في الشمس.

بالنسبة للكون المرئي، نعلم أن هناك حوالي 10/11 مجرة, وسوف نجد عدد الذرات في الكون بضرب عدد الذرات في مجرتنا بعدد المجرات في الكون, وإجمالي عدد الذرات في الكون يأتي بعد ذلك إلى … 10/78 !

هناك طريقة أخرى للقيام بهذا الحساب وهي عن طريق حساب كتلة الكون, ونعلم في المتوسط ​​أن هناك حوالي 400 مليار مجرة ​​في الكون الذي يمكن ملاحظته, والذي يصل إلى حوالي 1.2 × 10/23 نجمة أو أكثر من 100 سيكستليون في المتوسط, ويزن النجم حوالي 1035 جرام, مما يجعل الكتلة الكلية للكون 10/58 أو 1.2 × 10/52 طن متري, ويحتوي كل جرام من المادة على حوالي 24 24 بروتون, وهو نفس الشيء إذا إفترضنا أن جميع الذرات عبارة عن هيدروجين، حيث تحتوي ذرة الهيدروجين على بروتون واحد فقط, وسيبلغ إجمالي عدد ذرات الهيدروجين 10/86 أو مائة ألف كوادريليون فيغليون.

تتراوح هذه الحسابات التقريبية بين 10/78 و 10/86 في فترة ولاية شخص عادي, وهذا هو حوالي عشرة كوادريليون ومائة ألف كوادريليون ذرة, والأفضل من ذلك أنها ستبدو 10000000000000000000000000000000000000000000000000 000000000000000000000000000000000000 من الذرات.

عدد الذرات في الكون
المادة تتكون من 4.9٪ فقط من الكون يمكن ملاحظتها.

على الرغم من أن هذا العدد من الذرات يبدو كثيرًا, إلا أن المادة لا تشكل سوى 4.9٪ من الكون المرئي, ويتكون الباقي من 68.3٪ من الطاقة المظلمة و 26.8٪ من المواد المظلمة, ويُفترض أيضًا أن تكون الطاقة المظلمة والمادة المظلمة موزعة أو منظمة بشكل منتظم في كتل, تمامًا مثل المادة العادية في جميع أنحاء الكون, خصائصها غير معروفة إلى حد كبير، ولكن من المتفق عليها أنها تساعد في توسيع الكون.

يجب أن نلاحظ أن هذه تقديرات تقريبية تستند إلى العديد من الإفتراضات العامة مع تقدم العلم بشكل أكبر، وسنبتكر طرقًا أفضل لإجراء تقديرات أكثر دقة, أي عن طريق محاكاة الكون في أجهزة الكمبيوتر.

على كل حال … سوف تستمر الذرات في التحول إلى ترتيبات مختلفة لأشياء أخرى, تمامًا مثل الذرات التي كانت في يوم من الأيام, والآن تشكلنا انا وانت, ومع وضع كل هذا في الإعتبار, سيكون من الصعب أن تنسى أبدًا أنك مصنوعة من مواد نجمية!

المصدر: Science Abc

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *