Felizmente, não precisamos contá-los um por um.
Toda matéria no universo – não importa quão grande, pequena, jovem ou velha – é feita de átomos.
Cada um desses blocos de construção consiste em um núcleo com carga positiva, composto de prótons e nêutrons, e elétrons em órbita com carga negativa. O número de prótons, nêutrons e elétrons que um átomo possui determina a qual elemento ele pertence na tabela periódica e influencia como ele reage com outros átomos ao seu redor. Tudo o que você vê ao seu redor é apenas uma configuração de átomos diferentes interagindo uns com os outros de maneiras únicas.
Então, se tudo é feito de átomos, sabemos quantos átomos existem no universo?
Para começar “pequeno”, existem cerca de 7 octilhões, ou 7×1027 (7 seguidos por 27 zeros), átomos em um corpo humano médio, de acordo com o The Guardian. Dada essa vasta soma de átomos em uma única pessoa, você pode pensar que seria impossível determinar quantos átomos existem em todo o universo. E você está certo: como não temos ideia do tamanho real do universo inteiro, não podemos descobrir quantos átomos existem nele.
No entanto, é possível calcular aproximadamente quantos átomos existem no universo observável – a parte do universo que podemos ver e estudar – usando algumas suposições cosmológicas e um pouco de matemática.
O universo observável
O universo foi criado durante o Big Bang, 13,8 bilhões de anos atrás. À medida que explodiu em existência, a partir de um único ponto de massa e temperatura infinitas, o universo começou a se expandir e não parou desde então.
Como o universo tem 13,8 bilhões de anos e o universo observável se estende tão longe de nós quanto a luz pode viajar desde que o universo nasceu, você pode supor que o universo observável se estende apenas 13,8 bilhões de anos-luz em todas as direções. Mas, como o universo está em constante expansão, esse não é o caso. Quando observamos uma galáxia ou estrela distante, o que realmente vemos é onde ela estava quando emitiu a luz pela primeira vez. Mas quando a luz chega até nós, a galáxia ou estrela está muito mais longe do que quando a vimos. Usando radiação cósmica de fundo em micro-ondas, podemos calcular a velocidade com que o universo está se expandindo e, como essa taxa é constante – o que atualmente é a melhor estimativa dos cientistas (embora alguns cientistas pensem que pode estar diminuindo) – isso significa que o universo observável realmente estende-se por 46 bilhões de anos-luz em todas as direções, de acordo com o site irmão da Live Science, Space.com.
Mas saber o quão grande é o universo observável não nos diz tudo o que sabemos sobre quantos átomos ele contém. Também precisamos saber quanta matéria, ou coisas, há nele.
Suposições cósmicas
A matéria não é a única coisa no universo, entretanto. Na verdade, ele representa apenas cerca de 5% do universo, de acordo com a NASA. O resto consiste em energia escura e matéria escura, mas como eles não são feitos de átomos, não precisamos nos preocupar com eles por causa desse mistério.
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De acordo com a famosa equação E = mc2 de Einstein, energia e massa, ou matéria, são intercambiáveis, então é possível que a matéria seja criada ou transformada em energia. Mas, na escala cósmica do universo, podemos supor que a quantidade de matéria criada e não criada se anula. Isso significa que a matéria é finita, portanto, há o mesmo número de átomos no universo observável que sempre existiu, de acordo com a Scientific American. Isso é importante porque nossa imagem do universo observável não é um único instantâneo no tempo.
De acordo com nossas observações do universo conhecido, as leis físicas que o governam são as mesmas em todos os lugares. Combinado com a suposição de que a expansão do universo é constante, isso significa que, em grande escala, a matéria é uniformemente distribuída por todo o cosmos – um conceito conhecido como princípio cosmológico. Em outras palavras, não existem regiões do universo que tenham mais matéria do que outras. Essa ideia permite aos cientistas estimar com precisão o número de estrelas e galáxias no universo observável, o que é útil porque a maioria dos átomos é encontrada dentro das estrelas.
Simplificando a equação
Saber o tamanho do universo observável e se a matéria é igualmente e finitamente distribuída por ele torna muito mais fácil calcular o número de átomos. No entanto, existem mais algumas suposições que devemos fazer antes de usar a calculadora.
Primeiro, devemos assumir que todos os átomos estão contidos nas estrelas, embora não estejam. Infelizmente, temos uma ideia muito menos precisa de quantos planetas, luas e rochas espaciais existem no universo observável em comparação com estrelas, o que significa que é mais difícil adicioná-los à equação. Mas, como a grande maioria dos átomos do universo está contida em estrelas, podemos obter uma boa aproximação do número de átomos do universo descobrindo quantos átomos existem nas estrelas e ignorando todo o resto.
Em segundo lugar, devemos assumir que todos os átomos do universo são átomos de hidrogênio, embora não sejam. Os átomos de hidrogênio representam cerca de 90% do total de átomos do universo, de acordo com o Laboratório Nacional de Los Alamos, e uma porcentagem ainda maior dos átomos das estrelas, que estamos focalizando. Como você verá em breve, ele também torna os cálculos muito mais simples.
Agora, finalmente é hora de fazer as contas.
Para calcular o número de átomos no universo observável, precisamos saber sua massa, o que significa que temos que descobrir quantas estrelas existem. Existem cerca de 1011 a 1012 galáxias no universo observável, e cada galáxia contém entre 1011 e 1012 estrelas, de acordo com a Agência Espacial Europeia. Isso nos dá algo entre 1022 e 1024 estrelas. Para efeitos deste cálculo, podemos dizer que existem 1023 estrelas no universo observável. Claro, este é apenas o melhor palpite; galáxias podem variar em tamanho e número de estrelas, mas como não podemos contá-las individualmente, isso terá que servir por enquanto.
Em média, uma estrela pesa cerca de 2,2×1032 Kg, de acordo com a Science ABC, o que significa que a massa do universo é de cerca de 2,2×1055 Kg. Agora que sabemos a massa, ou quantidade de matéria, precisamos ver quantos átomos cabem nela. Em média, cada grama de matéria tem cerca de 1024 prótons, de acordo com o Fermilab, um laboratório nacional de física de partículas em Illinois. Isso significa que é igual ao número de átomos de hidrogênio, porque cada átomo de hidrogênio tem apenas um próton (daí o motivo pelo qual fizemos a suposição anterior sobre os átomos de hidrogênio).
Isso nos dá 1082 átomos no universo observável. Para colocar isso em contexto, isso é 10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 de átomos.
Este número é apenas uma estimativa aproximada, com base em uma série de aproximações e suposições. Mas, dado nosso entendimento atual do universo observável, é improvável que esteja muito errado.
Publicado em 16/07/2021 22h03
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