如果让宇宙所有原子的原子核和电子都紧挨着,那会有多大?

虽然液体和固体非常难以压缩,但其实组成物质的原子非常空旷,原子中超过99%都是空的。但由于电磁力的存在,阻止了原子被压缩成又小又密的状态。如果把人的原子内空间都去掉,人会被压缩到15微米。那么,如果压缩宇宙中所有的原子,使原子核和电子都紧紧挨着,不留空隙,该物质会有多大?

事实上,在宇宙中就有类似这种状态的天体,那就是白矮星。对于质量不超过太阳8倍的中低质量恒星,当它们耗尽核燃料之时,将会发生引力坍缩,自身重力会压碎原子的电子壳层,使得原子核被紧密压缩在一起,这样的天体被称为白矮星。经过强烈压缩之后,白矮星的平均密度可达10亿千克/立方米。

那么,如果把宇宙中的所有物质压缩成白矮星的状态,那么,该物质会有多大?

首先,这里讨论的宇宙指的是可观测宇宙,因为我们不清楚整个宇宙的确切大小。其次,这里讨论的物质是指由原子构成的普通物质,不包括那些数量更多的神秘暗物质和暗能量。

据估计,可观测宇宙中的普通物质总质量至少为10^53千克。根据下式:

m=ρ·V=ρ·4/3πr^3

由此可以算出r≈30光年。

可以看到,宇宙空间和原子空间真的非常空旷。可观测宇宙的半径在压缩前可达465亿光年,而其中的所有物质压缩成白矮星的状态之后,半径仅为30光年,这要远远小于星系的尺度。

不过,如果把宇宙中的所有物质压缩成白矮星的状态,这并不会稳定。由于自身重力足够强大,这会导致电子和中子简并压力都被重力压垮,导致物质无限坍缩,最后的结果将会成为黑洞。那么,这个黑洞会有多大呢?

根据史瓦西半径:

这个黑洞的视界半径只与质量有关,代入数据可以算出为157亿光年。这是一个相当大的范围,没有任何东西可以逃出该区域。

此前,有人猜测,我们会不会就在一个黑洞的内部呢?

虽然这个猜测看似合理,但计算结果表明并不成立。因为可观测宇宙半径远大于157亿光年,而整个宇宙的大小更是不可测量。