Evrendeki tüm maddeler – ne kadar büyük, küçük, genç veya yaşlı olursa olsun – atomdan oluşuyor. Bu yapı taşlarının her birinde proton ve nötrondan ve negatif yüklü yörüngede dolanan elektrondan oluşan pozitif yüklü bir çekirdek var. Bir atomun sahip olduğu proton, nötron ve elektron sayısı onun periyodik tabloda ait olduğu elementi veriyor ve etrafındaki diğer atomlarla nasıl etkileşime girdiğini etkiliyor. Etrafınızda gördüğünüz her şey, birbirleriyle benzersiz şekillerde etkileşime girmiş farklı atomların bir birleşimidir. Peki, her şey atomdan oluşuyorsa, evrende kaç tane atom olduğunu merak edebilirsiniz.
Evrende Kaç Tane Atom Var?
Önce "küçük" ile başlarsak, ortalama bir insan vücudunda yaklaşık 7 oktilyon veya 7×1027 (7'den sonra 27 sıfır) atom var. Sadece bir insanın kaç tane atomdan oluştuğu düşünüldüğünde tüm evrende kaç atom olduğunu belirlemenin imkansız olduğunu düşünebilirsiniz. Tüm evrenin gerçekten ne kadar büyük olduğuna dair hiçbir fikrimiz olmadığından kaç tane atom olduğunu da kesin olarak bulamıyoruz.
Ancak bazı kozmolojik varsayımlar ve biraz matematik kullanarak gözlemlenebilir evrende (evrenin görebildiğimiz ve inceleyebildiğimiz kısmı) kaç atom olduğunu kabaca bulmak mümkündür.
Evrenin Büyüklüğü
Evren 13,8 milyar yıl önce Büyük Patlama ile oluştu. Sonsuz kütle ve sıcaklıktaki tek bir noktadan varoluşa doğru uzanan patlama ile evren dışa doğru genişlemeye başladı ve o zamandan beri genişliyor.
Evren 13,8 milyar yaşında olduğundan ve gözlemlenebilir evren ışığın hızı kadar genişlikte olacağından bugün evrenin her yönde yalnızca 13,8 milyar ışık yılı uzunlukta olduğunu varsayabilirsiniz. Ancak evren sürekli genişlediğinden durum aslında böyle değil. Uzak bir galaksiyi veya yıldızı gözlemlediğinizde gördüğünüz şey ışığını yaydığı o ilk andaki görüntüsüdür yani geçmiştir. Işığı bize ulaşana dek nesne evrende daha da geriye gitmiş oluyor, hatta ölmüş bile olabilir.
Kozmik mikrodalga arkaalan radyasyonu evrenin ne kadar hızlı genişlediğini bulmayı sağlar ve bu oran sabit olduğu için – ki bazı bilim adamları yavaşladığını düşünür – bize gözlemlenebilir evrenin aslında her yöne 46 milyar ışık yılı uzandığını ve 92 milyar ışık yılı genişlikte olduğunu söylüyor.
Ancak gözlemlenebilir evrenin ne kadar büyük olduğunu bulmak bize derhal içinde kaç atom olduğunu söylemiyor. İçinde ne kadar madde olduğunu da bilmeliyiz.
Ancak evrendeki tek şey madde değil. Hatta NASA'ya göre madde evrenin sadece %5'ini oluşturuyor. Geri kalanı karanlık enerji ve karanlık maddeden oluşur. Ne var ki bunlar atomdan oluşmadığından onları denklemin dışında tutabilirsiniz.A
Albert Einstein'ın ünlü E = mc2 denklemine göre enerji ve kütle veya madde birbirinin yerine geçebilir. Dolayısıyla enerjiden madde oluşması veya maddenin enerjiye dönüşmesi mümkündür. Ancak evren kapalı bir kutu olduğundan sınırlı sayıda maddeye sahip. Bu yüzden gözlemlenebilir evrende her zaman aynı sayıda atom vardır. Bu önemli.
Bilinen evreni kapsayan fiziksel yasalar her yerde aynıdır. Bunu evrenin genişlemesinin sabit olduğu varsayımıyla birleştirdiğinizde maddenin evren boyunca büyük ölçekte eşit dağıldığı söyleyebilirsiniz. Buna kozmolojik ilke deniliyor. Başka bir deyişle, evrenin bir yerinde diğerinden daha fazla madde içeren hiçbir bölge yok. Bu fikir bilim adamlarının evrendeki yıldızların ve galaksilerin toplam sayısını doğru şekilde tahmin etmesini sağlar; çoğu atom yıldızların içinde bulunduğundan faydalı.
Denklemi Basitleştirmek
Gözlemlenebilir evrenin büyüklüğünü ve maddenin evren boyunca eşit ve sonlu bir şekilde dağıldığını bildiğimize göre artık evrendeki toplam atom sayısını hesaplayabiliriz. Önce yapmamız gereken birkaç varsayım var.
İlk olarak tüm atomların, öyle olmasa bile, yıldızların içinde yer aldığını varsaymamız gerek. Çünkü yıldızlara kıyasla evrende kaç tane gezegen, uydu ve uzay kayası olduğu konusunda çok daha az doğru fikre sahibiz. Bu da onları denkleme eklemeyi zorlaştırır. Ancak evrendeki atomların büyük çoğunluğu yıldızlarda bulunduğundan, bir yıldızda kaç tane atom olduğunu bularak ve diğer her şeyi göz ardı ederek evrendeki atom sayısını tahmin edebiliriz.
İkincisi, evrendeki tüm atomların, öyle olmasalar bile, hidrojen atomları olduğunu varsayacağız. Hidrojen atomları evrendeki toplam atomların yaklaşık %90'ını ve bizim odaklandığımız yıldızlardaki atomların daha da yüksek bir yüzdesini oluşturuyor. Birazdan göreceğiniz üzer, hesaplamayı çok daha basit hale getiriyor.
Gözlemlenebilir Evrende Matematik
Şimdi, nihayet matematik yapma zamanı.
Evrendeki atom sayısını hesaplamak için kütlesini bilmemiz gerek. Bunun için evrende kaç tane yıldız olduğuna bakabiliriz. Gözlemlenebilir evrende yaklaşık 1011 ila 1012 galaksi var ve her galaksi 1011 ile 1012 arasında yıldız içeriyor. Bu da bize 1022 ile 1024 arasında yıldız olduğu sayısını veriyor. Bu hesaplama için evrende 1023 yıldız olduğunu varsayabiliriz. Galaksiler büyüklük ve yıldız sayısı bakımından değiştiğinden en iyi tahmin bu.
Bir yıldız ortalamada yaklaşık 1032 kilogram ağırlığındadır; bu da evrenin kütlesinin 1055 kilogram olduğunu verir. Artık evrendeki toplam maddenin kütlesini veya miktarını bildiğimize göre içinde ne kadar atom olduğunu bulabiliriz.
Ortalamada her bir gram madde yaklaşık 1024 proton içerir. Ne şans ki hidrojen atomlarının sayısıyla aynı. Çünkü her hidrojen atomunun yalnızca bir protonu var.
Bu bilgiler bize gözlemlenebilir evrende 1082 atom olduğunu veriyor. Bunu bağlam içine koyarsak evren 100.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 atomun birleşiminden oluşuyor demektir.
Bu sayı elbette bir dizi yaklaşıklık ve varsayıma dayanan kaba bir tahmin. Ancak şu anki evren anlayışımız göz önüne alındığında hedeften uzak olması pek olası görünmüyor.