由于宇宙空间在加速膨胀,宇宙诞生到现在的时间和光速都是有限的,所以我们所能观测的范围也是有限的——被限定在以地球为中心,半径为465亿光年的区域,这就是可观测宇宙。而宇宙的另一部分处在我们的观测范围之外,所以我们无法了解到整个宇宙的情况,下面的估算都是以可观测宇宙为基础。
为了估算可观测宇宙中的原子数量,首先需要知道宇宙中的物质和能量组成。宇宙中26%为组成不明的暗物质,69%为组成不明的暗能量,只有5%是由原子组成的普通物质,另外还有极少比例的光子和中微子。
在普通物质中,氢最多,质量占比高达75%;紧随其后的是氦,质量占比接近25%。也就是说,比氦更重的元素在宇宙中非常少。这是因为氢和氦是在宇宙最初时刻合成出来的,而其他元素都是在与恒星有关的过程中合成出来的。
接下来,只要知道可观测宇宙的总质量和氢原子、氦原子的质量,就能估算出可观测宇宙中的原子总数。
根据美国宇航局(NASA)的威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)公布的数据,可观测宇宙的平均密度约为9.9×10^-27千克/立方米。而可观测宇宙的半径约为4.4×10^26米,所以可观测宇宙的总质量为:
M=ρV=ρ4/3πr^3=?3.5325×10^54?千克
由于普通物质的占比为5%,所以可观测宇宙中的普通物质总质量为:
Mo=0.05M=?1.76625?×10^53?千克
另一方面,一个氢原子的质量为1.6736×10^-27千克,一个氦原子的质量为6.6465×10^-27千克,由此就能计算出氢原子和氦原子的数量分别为:
n1=0.75Mo/m1=7.9×10^79个
n2=0.25Mo/m2=6.6×10^78个
因此,可观测宇宙中的原子总数约为:
N≈n1+n2=7.9×10^79+6.6×10^78=8.56×10^79个
此外,每个氢原子中包含一个质子和一个电子,每个质子中又有三个夸克,所以每个氢原子包含了4个基本粒子,由此可以算出可观测宇宙中氢原子包含了3.16×10^80个基本粒子。另一方面,每个氦原子中包含两个质子、两个中子和两个电子,每个中子也是由三个夸克组成,所以每个氢原子包含了14个基本粒子,由此可以算出可观测宇宙中氦原子包含了9.24×10^79个基本粒子。因此,可观测宇宙中总共存在大约4×10^80个基本粒子。
另据估计,围棋的变化总数可达10^170,这个数量要远高于可观测宇宙中的原子总数。但整个宇宙有多大现在还不明确,所以究竟是围棋的变化总数更多,还是整个宇宙中的原子总数更多,目前不得而知。
如果整个宇宙非常大,甚至是无限大,那么,围棋的变化总数不会多于整个宇宙中的原子总数。反之,如果整个宇宙只比可观测宇宙大了没多少,那么,围棋的变化总数将会超过整个宇宙中的原子总数。