Ni skrivnost, da je vesolje izredno veliko mesto. In glede na velikost tega prostora bi lahko pričakovali, da bo količina snovi, ki jo vsebuje, podobno impresivna.
Zanimivo pa je, da številke postanejo najbolj moteče, ko pogledate to zadevo na najmanjši lestvici. V našem vesolju, ki ga lahko opazujemo, na primer obstaja od 120 do 300 sekstilnih zvezd (to je 1,2 x 10 ² 3 do 3 x 10 ²). Toda če pogledamo bližje, na atomski lestvici številke postanejo še bolj nepredstavljivi.
Na tej ravni se ocenjuje, da jih je med 1078 do 1082 atomi v znanem vesolju, ki ga je mogoče opaziti. Po besedah laika to pomeni, da se giblje med desetimi štirimilijoni vigintiljona in sto tisoč kvadratnih milijard atomov vigintiljona.
In vendar te številke ne odražajo natančno, koliko snovi lahko resnično domuje vesolje. Kot že rečeno, ta ocena predstavlja le opazovano vesolje, ki doseže 46 milijard svetlobnih let v kateri koli smeri, in temelji na tem, kje je širitev vesolja odnesla najbolj oddaljene opažene predmete.
Medtem ko je nemški superračunalnik pred kratkim vodil simulacijo in ocenil, da je v območju opazovanja približno 500 milijard galaksij, bolj konservativna ocena šteje, da je to približno 300 milijard. Ker lahko število zvezd v neki galaksiji doseže do 400 milijard, je celotno število zvezd lahko zelo približno 1,2 × 1023 - ali nekaj več kot 100 sextillion.
V povprečju lahko vsaka zvezda tehta približno 1035 gramov. Tako bi bila skupna masa približno 1058 gramov (to je 1,0 x 1052 metrične tone). Ker je znano, da ima vsak gram snovi približno 1024 protonov ali približno enakega števila atomov vodika (ker ima en atom vodika samo en proton), potem bi bilo skupno število vodikovih atomov približno 1086 - aka. sto tisoč kvadratnih vigintillion.
Znotraj tega opazovanega vesolja se ta zadeva homogeno širi po vesolju, vsaj v povprečju na razdaljah, daljših od 300 milijonov svetlobnih let. Na manjših lestvicah pa opazimo, da se materija oblikuje v gruče hierarhično organizirane svetlobne snovi, ki jo vsi poznamo.
Skratka, večina atomov se kondenzira v zvezde, večina zvezd se kondenzira v galaksije, večina galaksij v gruče, večina grozdov v superklasterji in končno v strukture največjega obsega, kot je Velika stena galaksij (aka. Sloan Great Wall) . V manjšem obsegu te grude prežemajo oblaki prašnih delcev, plinski oblaki, asteroidi in druge majhne gruče zvezdne snovi.
Opazna snov vesolja se širi tudi izotropno; kar pomeni, da se nobena smer opazovanja ne zdi drugačna od katere koli druge in vsako nebo ima približno enako vsebino. Vesolje se kopa tudi v valu visoko izotropnega mikrovalovnega sevanja, ki ustreza toplotnemu ravnotežju približno 2,725 kelvina (tik nad absolutno ničlo).
Hipoteza, da je vesolje velikega obsega homogeno in izotropno, je znano kot kozmološko načelo. To pravi, da fizikalni zakoni delujejo enakomerno po vsem vesolju in zato ne bi smeli ustvarjati opaznih nepravilnosti v strukturi velikega obsega. To teorijo so podprla astronomska opazovanja, ki so pomagala narisati razvoj strukture vesolja, saj ga je sprva postavil Veliki prasak.
Trenutno soglasje znanstvenikov je, da je bila velika večina snovi ustvarjena v tem primeru in da širitev Vesolja od takrat ni dodala nove snovi v enačbo. Namesto tega velja, da je bilo to, kar se je dogajalo zadnjih 13,7 milijard let, preprosto širitev ali razpršitev množic, ki so bile na začetku ustvarjene. To pomeni, da med to razširitvijo ni bila dodana nobena količina snovi, ki je v začetku ni bilo.
Vendar pa je Einsteinova enakovrednost mase in energije rahlo zaplet te teorije. To je posledica posebne relativnosti, pri kateri dodajanje energije predmetu postopoma poveča njegovo maso. Med vsemi fuzijami in fisijami se atomi redno pretvorijo iz delcev v energije in spet nazaj.
Kljub temu, če ga opazimo v velikem obsegu, celotna gostota vesolja ostane sčasoma enaka. Trenutna ocena gostote opazovanega vesolja je ocenjena na zelo nizko - približno 9,9 × 10-30 gramov na kubični centimeter. Zdi se, da ta masna energija obsega 68,3% temne energije, 26,8% temne snovi in le 4,9% navadne (svetleče) snovi. Tako je gostota atomov v vrstnem redu enega samega vodikovega atoma na vsake štiri kubične metre prostornine.
Lastnosti temne energije in temne snovi so večinoma neznane in jih je mogoče enakomerno razporediti ali organizirati v gruče kot običajna snov. Vendar pa velja, da temna snov gravitira kot običajna materija in tako deluje na upočasnitev širjenja Vesolja. Nasprotno pa temna energija pospešuje njeno širitev.
Še enkrat, to število je le groba ocena. Ko se uporablja za oceno skupne mase Vesolja, pogosto ne dosega tistega, kar napovedujejo druge ocene. In na koncu je to, kar vidimo, le manjši del celote.
V vesoljski reviji imamo veliko člankov, ki so povezani s količino snovi v vesolju, na primer Koliko galaksij v vesolju in Koliko zvezd je v Mlečni poti?
Nasa ima tudi naslednje članke o vesolju, na primer Koliko galaksij je tam? in ta članek o Zvezde v naši galaksiji.
Imamo tudi epizode podcast iz oddaje Astronomy Cast na temo Galaksije in spremenljive zvezde.
