众所周知，宇宙浩瀚无垠。据估计，我们可观测到的范围（又名“已知宇宙”）跨越约930亿光年的距离。这可真是一个令人钦佩的数字，特别是当你考虑到，这仅仅是我们至今观测到的范围的时候。考虑到这个空间的绝对体积，人们会认为其中包含的物质数量也会同样令人印象深刻。
但有趣的是，在你以最小的尺度观察这些物质时，这些数字将会变得巨大到令人难以置信。例如：人们认为，在我们可观测的宇宙中，存在着1.2 x 10^²³到3.0 x 10^²³颗星体。但再离得近一点看，以原子为单位，这些数据或将变得更加不可思议。
据估计，在这个水平上，已知、可观测的宇宙中，有10^78到10^82个原子。用外行人的话来说，这相当于10千万亿到10万个千万亿的原子。
但这些数据仍不能精确地反映出宇宙中所包含物质的真实数目。如前所述，它们只覆盖半径为460亿光年的可观测宇宙，其基础是宇宙膨胀将能观测到的最的物体带到的地方。
图解：宇宙的历史始于大爆炸。图片来源：grandunificationtheory
德国的一台超级计算机进行了一次模拟，估计在观测范围内存在大约5000亿个星系，更保守的估计是3000亿个左右。由于一个星系中的恒星数量可以达到4000亿颗，那么恒星的总数很可能在1.2×10^23左右——或者仅仅超过10的17次方。
每颗恒星的平均重量约为10^35克。因此，它们的总质量约为10^58克(即1.0 x 10^52公吨)。由于已知每克物质有大约10^24个质子，或者说与氢原子的数目大约相同(因为一个氢原子只有一个质子)，那么氢原子的总数大约是10^86 。
在可观测的宇宙中，这种物质均匀地分布在整个太空中，至少当平均距离超过3亿光年时如此。然而，在更小的尺度上，我们会观察到，这些物质会形成我们都熟悉的恒星——层次分明的发光物质团块。
简而言之，许多原子被压缩成恒星，许多恒星被压缩成星系，许多星系又被压缩成星系团，进而许多星系团被压缩成超星系团，最后，被压缩成最大尺度的结构，如星系长城（又名“斯隆长城”）。在较小的尺度上，这些团块被尘粒云、气体云、小行星和其他恒星物质形成的小团块所渗透。
图解：跨越137亿年以上的宇宙时间线，以及随后宇宙的膨胀。资料来源:NASA/WMAP科学团队。
宇宙的可观测物质也呈等轴分布，这意味着没有任何观测方向看起来与其他方向不同，空中的每个区域包含的物质都大致相同。宇宙也处于高各向同性的微波辐射中，这相当于大约2.725开尔文(略高于绝对零度)的热平衡。
一假说认为从大尺度来看，宇宙是均匀的、各向同性，它被称为宇宙学原理。这表明物理定律在整个宇宙中起着统一的作用，因此，在大尺度结构中不应该产生可观察到的不规则现象。由于宇宙由最初的大爆炸形成，这一理论得到了有助于绘制宇宙结构演化图的天文观测的支持。
科学家们目前的共识是，绝大多数物质都是在大爆炸中产生的，而自那以后宇宙的膨胀并没有给这个平衡增加新的物质。相反，人们相信，在过去137亿年里发生的只是最初形成的物质的膨胀或分散。也就是说，在膨胀的过程中没有加入任何一开始不存在的物质。
然而，爱因斯坦的质能方程给这个理论提出了一个稍微复杂的问题。这是狭义相对论的一个推论，在狭义相对论中，物体的能量的增加导致其质量的增加。在所有的聚变和裂变之间，原子有规律地从粒子转化为能量，然后再转化回来。
图解：左边(实验开始时)的原子密度比模拟大爆炸80毫秒后的要大。来源:Chen-Lung Hung
然而，从大的尺度观察，宇宙的总体物质密度不随时间推移而改变。目前可观测宇宙密度的估计值非常低，大约为9.9 × 10-30克 /立方厘米。这种质能约由68.3%的暗能量、26.8%的暗物质和4.9%的普通(发光)物质组成。因此，原子的密度大约是每四立方米体积存在一个氢原子。
暗能量和暗物质的性质在很大程度上是未知的，它们可以像普通物质一样均匀分布或成团。然而，人们相信暗物质和普通物质一样受引力作用，从而减缓宇宙的膨胀。相比之下，暗能量却加速了宇宙的膨胀。
同样，这个数字只是一个粗略的估计。当用来估计宇宙的总质量时，它常常低于用其他数据所预测的值。最后，我们看到的只是整体的一小部分。
在天文在线以前发布的文章中，我们可以找到很多关于宇宙中物质数量的文章，比如《宇宙中有多少个星系？》以及《银河系中有多少颗恒星？》。参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3. 桥本朝奈- universetoday
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