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¿Cuántas partículas hay en el universo observable?

octubre 7, 2021

Cuando se trata de preguntas astronómicas, no es mucho más grande de lo que Numberphile intentó responder recientemente: ¿Cuántas partículas hay en el universo? Dado que se estima que cinco trillón Los átomos de hidrógeno pueden caber en la cabeza de un alfiler, y cada uno de esos átomos de hidrógeno tiene cuatro partículas (un electrón y tres quarks en el protón), podemos asumir con seguridad que el número de partículas en todo el universo observable es, bueno, más allá de la comprensión.

Pero no se lo digas a Tony Padilla de la Universidad de Nottingham. El profesor de física desarrolló una forma de estimar el número total de partículas en el universo, sin contar fotones o neutrinos, debido a su falta o casi falta de masa.

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Para sus cálculos, Padilla utiliza datos del telescopio espacial Planck que se utilizó para medir el Fondo de microondas cósmico (CMB), que es la luz más antigua que podemos ver que ha viajado más lejos y, por lo tanto, representa una especie de límite para el universo. Los datos de Planck pueden darnos una buena estimación de la densidad y el radio del universo observable.

Otra variable que necesita es la fracción de materia que se almacena en bariones, que son partículas formadas por tres partículas más pequeñas llamadas quarks. (Los bariones más comunes son, con mucho, los protones y los neutrones, por lo que Padilla solo considera esos dos en este ejemplo). Finalmente, considere la masa de un protón y un neutrón (aproximadamente lo mismo), y tiene todo lo que necesita para obtener una buena estimación de cuántas partículas hay en el universo observable.

En esencia, Padilla toma la densidad total del universo, la multiplica por la fracción de la densidad que son solo bariones (protones y neutrones), multiplica esa densidad por el volumen del universo para obtener la masa de todos los bariones, y luego divide esa masa por la masa de un bayron para obtener el número total de bariones en el universo. Pero no buscamos el número de bariones, buscamos el número de partículas.

Cada barión está formado por tres quarks, que son las partículas que contamos. Además, el número total de protones será igual al número total de electrones, que es la otra partícula que estamos contando. Y además de eso, sabemos que el 75 por ciento del universo es hidrógeno y el 25 por ciento es helio, y en un cálculo de esta escala, el resto es insignificante. Con esta información, Padilla calcula el número de bariones que son neutrones, el número de protones y el número correspondiente de electrones. Ahora multiplicamos todos los protones y neutrones por tres para los quarks, y tenemos nuestro número.

Entonces, ¿cuántos hay? 3,28 x 1080. O mas de un vigintillionpero menos de uncentillón. O:

328,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000.

Entonces, bastante incomprensible. Sin embargo, dada la enormidad del universo, incluso ese número incomprensible no ocupa gran parte del volumen total. Si hay 3,28 x 1080 partículas en el universo, eso significa que solo hay una partícula por metro cúbico. La mayor parte del espacio es, después de todo, espacio vacío.

Padilla lleva su experimento mental un paso más allá para estimar cuánto tardarían los humanos, dada la tasa actual de expansión de la población, en absorber cada partícula del universo. Para eso, tendrá que ver el video de arriba, y la respuesta podría sorprenderlo.

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