在宇宙中，一共有多少种粒子？

宇宙中到底有多少粒子? 实际上,这个问题不可能有肯定的答案,这首先是因为 没有人能确切地知道宇宙有多大。但是,我们可以作一些假 设。 有人曾作过一个估计,认为在我们这个宇宙中大约有 100,000,000,000(亦即1011)个星系。 这些星系,平均来说,每一个的质量都比太阳的质量大10 0,000,000,000(亦即1011)倍。 这就等于说,宇宙间物质总量等于太阳质量的1011× 1011(亦即1022)倍。换句话说,宇宙间的全部物质足 够形成10,000,000,000,000,000, 000,000(亦即1022)个太阳。 太阳的质量是2×1033克。这就等于说,宇宙间的 全部物质的质量是1022×2×1033(或者说2×1055) 克。这个数字可以写为20,000,000,000,0 00,000,000,000,000,000,000, 000,000,000,000,000,000,00 0,000克。 现在让我们再从另一个方面来看一看。宇宙的质量几乎 完全集中在它所含有的核子中(核子是组成原子核的主要粒 子)。核子是很小很小的东西,需要有6×1023个核子才 能构成一克物质。 既然需要有6×1023个核子才能构成一克物质,既然 宇宙中含有2×1055克物质,那么宇宙间总共就应该有6 ×1023×2×1055(或者说12×1078个核子。为方 便起见,可以把这个数字写为1.2×1079。 天文学家认为,宇宙间有90%的原子是氢,9%的原 子是氦,其余1%则是各种更为复杂的元素。就是说,在含 有100个原子的一个典型样本中应当含有90个氢原子, 9个氦原子和1个别的原子(比方说一个氧原子)。我们知 道,每个氢原子的原子核有一个核子,即质子。每个氦原子 核含有4个核子,即2个质子和2个中子。每个氧原子核含 有16个核子,即8个质子和8个中子。 因此,这100个原子总共应当含有142个核子,亦 即116个质子和26个中子。 这两类核子有一个区别。中子不带电荷,因此不必去考 虑同它相伴随的粒子(电子)。质子带正电荷,因此,既然 整个宇宙被认为是电中性的,所以只要有一个质子存在,就 应该有一个电子(带有一个负电荷)和它同时存在。 这样,每有142个核子,就应该有116个电子(以 便和116个质子相平衡)。为了保持这一比例,宇宙间的 1.2×1079个核子就应该伴随有1×1079个电子。把 这些核子和电子加在一起,我们就得出宇宙间全部物质所含 粒子总数应为2.2×1079。我们可以把这个数字写为 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质和一半反物质组成,那么,这些 粒子中就应当有一半是反核子和正电子。但是,这并不影响 总数。 宇宙间大量存在的另一些粒子是光子、中微子,也许有 引力子,但它们都是没有质量的粒子,所以没有把它们计算 在内。因此,总的说来,我们这个宇宙共有22×1078个 粒子。它们构成了一个相当大的宇宙。

相对于宇宙以外的人来说，宇宙就是一个粒子