Felizmente, não precisamos contá-los um por um.

Toda matéria no universo, não importa quão grande, pequena, jovem ou velha, é feita de átomos. 

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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 7x10^27 (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 temperaturas 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 distante ou uma estrela, o que realmente vemos é onde e como 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 o melhor palpite 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 nossa publicação anterior.

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.

Observe como o universo se expandiu desde que o Big Bang aconteceu há 13,8 bilhões de anos. Crédito da imagem: Shutterstock

Suposições cósmicas

A matéria não é a única coisa existente no universo, entretanto. Na verdade, ela representa apenas cerca de 5% do universo, de acordo com a NASA. O resto consiste em energia escura e matéria escura, mas como elas não são feitas de átomos, não precisamos nos preocupar com elas por causa desse mistério.

De acordo com a famosa equação E = mc^2 de Einstein, energia e massa, ou matéria, são intercambiáveis, portanto, 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 está 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. Esta 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 são encontrados 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 contido em estrelas, podemos obter uma boa estimativa 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.

Fazendo as contas

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 10^11 a 10^12 galáxias no universo observável, e cada galáxia contém entre 10^11 e 10^12 estrelas, de acordo com a Agência Espacial Europeia. Isso nos dá algo entre 10^22 e 10^24 estrelas. Para efeitos deste cálculo, podemos dizer que existem 10^23 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 2,2x10^32 libras (10^32 quilogramas), de acordo com a Science ABC, o que significa que a massa do universo é de cerca de 2,2x10^55 libras (10^55 quilogramas). Agora que sabemos a massa, ou quantidade de matéria, precisamos ver quantos átomos cabem nela. Em média, cada grama de matéria tem cerca de 10^24 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 10^82 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. 

♦ Nota do editor: este artigo foi atualizado às 12h10 ET de 12 de julho de 2021 para remover um zero extra do número 10^82.

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Referência: 

BAKER, Harry. How many atoms are in the observable universe? Live Science, 11, jul. 2021. Disponível em: <https://www.livescience.com/how-many-atoms-in-universe.html>. Acesso em: 13, jul. 2021.