本文基于回答网友类似问题:

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这是个脑洞题,根据已知的科学常识,简单计算一下就知道了。

首先,我们要确定 宇宙 的大小

如果我们不知道宇宙大小,就无法回答这样的问题。但现在科学界对宇宙大小也没有一个定论,我们只能按照现有理论大致评估一下。

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过去牛顿时代奉行的是绝对宇宙观,就是认为宇宙是静态的,无边无际无始无终的,这样就没办法确定宇宙的大小了,又怎么能够计算出宇宙中所有 原子 的原子核和电子都紧挨着,不留一点空隙会有多大呢?

现代宇宙认为,宇宙是动态的,时空是相对的,起源于138亿年前的宇宙大爆炸,经过138亿年的膨胀扩张,宇宙已经从一个无限小的奇点,膨胀到很大了,但到底膨胀到了多大无法知道,只知道宇宙可观测范围直径约930亿光年。在这个范围以外还有不可观测的宇宙,有多大无法知道。

大爆炸宇宙论已经成为现代宇宙学标准宇宙模型,因为自从这个模型提出后,所有的科学观测和发现都符合模型预期。因此我们现在回答这个问题,就采用标准宇宙模型的范围来计算。

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有了可观测宇宙的范围,还要了解这个范围包括了多少质量。可观测宇宙质量也是个估计数,有人根据这些年宇宙观测的一些数据,认为可观测宇宙至少有1万亿个银河系这样的星系,银河系有约2000亿个太阳质量,太阳质量约为2*10^30kg,因此宇宙质量约为:

(2*10^30)*(2*10^11)*(1*10^12)=4*10^53kg

还有一种算法是根据宇宙平均密度。爱因斯坦场方程中开始有一个宇宙常数λ,后来爱因斯坦根据哈勃观测结论,确定了宇宙在膨胀后删去了这个常数,但后来科学界发现这个常数很重要,并以此测算宇宙密度值为1,也就是1立方米空间只有1个粒子存在,1个质子的质量约为1.67*10^-27kg。

如果根据这个计算可观测宇宙的质量,即可得:

可观测宇宙总体积≈4/3*3.1416*【(4.65*10^10)^3】=4.2*10^32立方光年

化为立方米≈(4.2*10^32)*(8.47*10^47)=3.56*10^80m^3

可观测宇宙总质量≈(3.56*10^80m^3)*(1.67*10^-27)=5.95*10^53kg

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这两种计算得到的宇宙总质量都差不多,在宇宙大尺度,任何测算都只能是一个大概,是很难得到精准数据的。今天我们就采用那个星系测算的宇宙总质量为4*10^53kg来计算吧。

不过这个质量只是可见物质的质量。现代研究认为,宇宙中有95.1%的质能由暗能量和暗物质组成,今天科学界还无法看到这些,它们到底是什么也无法给出准确答案,因此我们今天就不讨论这些了。

现在来说说原子和原子核的密度

现在来说说原子和原子核的密度

实际上,科学界早就发现了宇宙中存在原子核密度的物质,这就是 中子星 物质,叫中子简并态物质。这种物质是在中子星10^28个大气压的极端压力下,物质的核外电子完全被压垮了,原子被压碎了,电子被压缩到原子核里,电子负电荷与质子正电荷中和成为中子,这样整个星球就像一个完全由中子组成的原子核。

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科学研究认为,原子核密度约为10^17kg/m^3,这样就是每立方厘米为1亿吨。一般认为,中子星密度在10^17~2*10^18kg/m^3范围,也就是1立方厘米达到1~20亿吨,可见中子星密度有时候比原子核密度还要大。

我们周围的一切常见物质都是由原子组成,水的密度只有1g/cm^3(克/立方厘米),黄金的密度也只有19.32g/cm^3。既然原子核密度那么大,为啥常见物质密度这么小呢?这是因为原子有个电子外壳,电子是很轻的,但支撑着原子的巨大空间。而占据原子总质量99.96%的原子核,则缩在原子核心,只占体积的1000万亿分之一。

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这样我们就可以计算出,如果将水压缩1000万亿倍,每立方厘米就有10亿吨了;而金子压缩1000万亿倍,每立方厘米就有19.32亿吨了。实际上,原子核的密度应该都是一样的,水被压成原子核与金子被压缩成原子核,密度都应该是一样的。

因此,前面说的原子核密度为1*10^17kg/m^3,原子核体积只是原子的1000万亿分之一,这些数据都只是大概的相对的,特别是原子核与原子体积之比,不同原子是有很大差别的。

那么,如果整个宇宙变成一个紧挨着的原子核,有多大呢?

那么,如果整个宇宙变成一个紧挨着的原子核,有多大呢?

其实,整个宇宙空旷得出奇,平均密度只有1.67*10^-27kg/m^3,也就是每立方米平均质量只有1670亿亿亿分之一公斤,比任何我们已知或者制造的最高真空都还要空。那么把可观测宇宙总质量4*10^53kg压缩成原子密度后,体积还有多大呢?

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简单计算:4*10^53/1*10^17=4*10^36m^3,即有约4万亿亿亿亿立方米体积。

每立方公里为10亿立方米,因此,原子核可观测宇宙体积为:4*10^36/1*10^9=4*10^27/km^3,即4000亿亿亿立方公里;每立方光年约为8.47*10^38km^3,这个宇宙只有4.72*10^-12立方光年,也就是1万亿分之一立方光年。

这个核密度的可观测宇宙就很小了,已经不需要用光年衡量了,按公里或者天文单位AU来衡量,这个可观测宇宙的球半径只约有9.85亿公里,不到5.6AU(1AU约1.5亿公里)。木星到太阳平均距离约为7.79亿公里,土星到太阳平均距离约为14.3亿公里,因此这个核密度可观测宇宙就只有太阳到木星和土星之间半径这么一个球体了。

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可见,如果宇宙变成一个中子星,就只有一个不到10亿公里半径的球了。

这个脑洞并非完全异想天开,很可能是宇宙终结时的状态

这个脑洞并非完全异想天开,很可能是宇宙终结时的状态

现代宇宙标准模型认为,宇宙就是从小变大的,最开始是一个无法衡量体积的奇点,相对一个10亿公里的球就完全忽略不计了。现代黑洞理论认为,黑洞的所有质量就存在于核心那个奇点上。因此,中子星密度相对黑洞而言,又是小巫见大巫了。

有一种宇宙归宿理论认为,当宇宙膨胀到一个临界点后,扩张力与收缩力就会形成一个平衡,随后引力将占主导形成宇宙收缩,随着收缩的加快,最终形成坍缩之势,必然经过核密度阶段,也就是中子星阶段。

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在宇宙极大质量压力下,这个阶段会很短,瞬间就会坍缩成黑洞,宇宙回归奇点,时空终结,我们现在知道的这个宇宙就消亡了。

宇宙归宿有多种理论,这只是其中之一。不管哪个理论,宇宙至少都还有几百亿年的存在时间,而太阳系的寿命只有50亿年了,人类能够存在多少年,无人能够预测。今天讨论这个问题,只是与大家分享一下宇宙的基本常识,谢谢阅读,欢迎讨论。

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