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電子 可觀測宇宙內(nèi)一共有多少原子如果把原子核聚集到一起能有多大

我們在中學物理課上都學過，原子是由原子核以及核外電子所組成，其中原子核中又包含著質(zhì)子和中子（H1是唯一沒有中子的元素），雖然原子的體積非常微小，半徑只有10^(-10)米級別，但是原子核的尺寸更小，其半徑只有10^(-15)米級別，因此組成物質(zhì)的原子，實際上中間是非常空曠的，超過99%的空間什么都沒有，這也就給了人們以“壓縮原子”的假想空間。按照這種假設，如果我們能夠把宇宙中的所有物質(zhì)中的原子都提取出來，并且將它們之間的空間全部壓縮，一點空隙都不留，呈現(xiàn)出來的物體到底有多大呢？
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當然，我們窮盡所有能力也不可能做出這樣的實驗，宇宙中也不可能給我們創(chuàng)造這樣的條件去實現(xiàn)這樣的結(jié)果。畢竟在微觀世界領域，原子與原子之間有同性原子之間的庫侖斥力作用，這種作用力連太陽內(nèi)核1500萬攝氏度、幾百萬個大氣壓條件下，也無法大幾率地實現(xiàn)原子中質(zhì)子與質(zhì)子的結(jié)合，只能借助于量子隧穿效應，以很低的幾率推動氫核聚變“溫和”地發(fā)生。
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同時，電子在原子核外的排列，是以量子態(tài)的形式隨機分布的，遵循同性相斥力和泡利不相容原理。所以，我們只能假設可以將原子核與電子緊緊相連在一起的情形發(fā)生，在此基礎上做一些簡單的分析和計算。
如果純粹地將原子核與電子進行羅列性地排列，那么只需要計算出宇宙中有多少個原子，然后估算出原子核和電子壓縮之后所占的空間大小。計算宇宙中原子數(shù)量的方法有兩種，第一是通過氫原子數(shù)進行估算，因為從太陽系來看，氫元素所占的比例大約在75%左右，而太陽的質(zhì)量占據(jù)整個太陽系總質(zhì)量的99.86%，我們大致可以估算出可觀測宇宙中的原子數(shù)量，即為可觀測宇宙中的星系數(shù)量*每個星系平均的恒星數(shù)量*恒星的平均氫原子數(shù)量/75%，據(jù)此可以估算出宇宙總原子數(shù)量為5*10^80個。
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第二種方法相對精確一些，方法主要是通過計算宇宙平均密度、普通物質(zhì)的總量，在扣除暗物質(zhì)和暗能量之后，再根據(jù)宇宙中最常見元素（氫、氦、氧）的豐度來計算原子的總數(shù)量，計算結(jié)果比較復雜，這里就不一一列出了，最后計算出的結(jié)果為7*10^79個。與上面一種方法相對比，差距并不是太大，這里我們?nèi)〗浦?0^80個來計算。
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如果將每個原子壓縮成原子與電子緊密排列的情況，那么最后形成的物體體積的計算表達式為：10^80*4/3*π*(10^-10)^3*10^(-15)，其中10^80是宇宙原子總數(shù)，4/3*π*(10^-10)^3為每個原子的體積，10^(-15)為壓縮之后的原子體積與原始狀態(tài)下原子的體積之比。我們最后計算得出的數(shù)值為：4.2*10^35立方米，相當于一個半徑為4.6*10^11米的球體。如果以太陽為中心，那么這個球體的表面將延伸到4.6億公里的區(qū)域。
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當然這只是一個理想狀態(tài)，實際上如果有外力能將原子核與電子緊緊相連，所提供的這種外力作用完全有可能將電子壓進原子核之內(nèi)，從而與原子核中的質(zhì)子結(jié)合形成中子，宇宙中的中子星就是大質(zhì)量恒星在生命晚期，在爆發(fā)超新星爆發(fā)之后所殘留的核心部分繼續(xù)發(fā)生坍縮所形成的一種天體，其密度非常之高，每立方厘米可以達到上千億噸。可觀測宇宙中的所有原子和電子，如果都形成這樣的中子星，按照其平均密度來計算，其最后組合形成的球體半徑將達到上百億公里。
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但是，在現(xiàn)實宇宙中也不可能形成這樣巨大的中子星，其表面重力早已經(jīng)使星體發(fā)生劇烈坍縮，最終形成一個黑洞。根據(jù)恒星演化的路徑來看，在恒星生命晚期所剩余的物質(zhì)總量，只要大于4.2倍的太陽質(zhì)量，即超過奧本海默極限，就有可能繼續(xù)坍縮形成黑洞，很明顯剛才測算出的中子星的質(zhì)量已經(jīng)遠遠超出了這個極限。如果形成這樣的黑洞，我們可以通過黑洞史瓦西半徑計算公式，來測算出這個黑洞的事件視界的范圍，計算結(jié)果達到驚人的160億光年，在這個范圍之內(nèi)的所有物質(zhì)，都無法逃脫黑洞的強大引力，至于這些物質(zhì)的組成形式是亞原子還是別的更微小的粒子，我們目前也無法準確得知。

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