可觀測宇宙內一共有多少原子？如果把原子核聚集到一起能有多大？

我們在中學物理課上都學過，原子是由原子核以及核外電子所組成，其中原子核中又包含著質子和中子（H1是唯一沒有中子的元素），雖然原子的體積非常微小，半徑只有10^(-10)米級別，但是原子核的尺寸更小，其半徑只有10^(-15)米級別，因此組成物質的原子，實際上中間是非常空曠的，超過99%的空間什麼都沒有，這也就給了人們以「壓縮原子」的假想空間。按照這種假設，如果我們能夠把宇宙中的所有物質中的原子都提取出來，並且將它們之間的空間全部壓縮，一點空隙都不留，呈現出來的物體到底有多大呢？

當然，我們窮盡所有能力也不可能做出這樣的實驗，宇宙中也不可能給我們創造這樣的條件去實現這樣的結果。畢竟在微觀世界領域，原子與原子之間有同性原子之間的庫侖斥力作用，這種作用力連太陽內核1500萬攝氏度、幾百萬個大氣壓條件下，也無法大機率地實現原子中質子與質子的結合，只能藉助於量子隧穿效應，以很低的機率推動氫核聚變「溫和」地發生。

同時，電子在原子核外的排列，是以量子態的形式隨機分布的，遵循同性相斥力和泡利不相容原理。所以，我們只能假設可以將原子核與電子緊緊相連在一起的情形發生，在此基礎上做一些簡單的分析和計算。

如果純粹地將原子核與電子進行羅列性地排列，那麼只需要計算出宇宙中有多少個原子，然後估算出原子核和電子壓縮之後所佔的空間大小。計算宇宙中原子數量的方法有兩種，第一是通過氫原子數進行估算，因為從太陽系來看，氫元素所佔的比例大約在75%左右，而太陽的質量佔據整個太陽系總質量的99.86%，我們大致可以估算出可觀測宇宙中的原子數量，即為可觀測宇宙中的星係數量*每個星系平均的恆星數量*恆星的平均氫原子數量/75%，據此可以估算出宇宙總原子數量為5*10^80個。

第二種方法相對精確一些，方法主要是通過計算宇宙平均密度、普通物質的總量，在扣除暗物質和暗能量之後，再根據宇宙中最常見元素（氫、氦、氧）的豐度來計算原子的總數量，計算結果比較複雜，這裡就不一一列出了，最後計算出的結果為7*10^79個。與上面一種方法相對比，差距並不是太大，這裡我們取近似值10^80個來計算。

如果將每個原子壓縮成原子與電子緊密排列的情況，那麼最後形成的物體體積的計算表達式為：10^80*4/3*π*(10^-10)^3*10^(-15)，其中10^80是宇宙原子總數，4/3*π*(10^-10)^3為每個原子的體積，10^(-15)為壓縮之後的原子體積與原始狀態下原子的體積之比。我們最後計算得出的數值為：4.2*10^35立方米，相當於一個半徑為4.6*10^11米的球體。如果以太陽為中心，那麼這個球體的表面將延伸到4.6億公裡的區域。

當然這只是一個理想狀態，實際上如果有外力能將原子核與電子緊緊相連，所提供的這種外力作用完全有可能將電子壓進原子核之內，從而與原子核中的質子結合形成中子，宇宙中的中子星就是大質量恆星在生命晚期，在爆發超新星爆發之後所殘留的核心部分繼續發生坍縮所形成的一種天體，其密度非常之高，每立方釐米可以達到上千億噸。可觀測宇宙中的所有原子和電子，如果都形成這樣的中子星，按照其平均密度來計算，其最後組合形成的球體半徑將達到上百億公裡。

但是，在現實宇宙中也不可能形成這樣巨大的中子星，其表面重力早已經使星體發生劇烈坍縮，最終形成一個黑洞。根據恆星演化的路徑來看，在恆星生命晚期所剩餘的物質總量，只要大於4.2倍的太陽質量，即超過奧本海默極限，就有可能繼續坍縮形成黑洞，很明顯剛才測算出的中子星的質量已經遠遠超出了這個極限。如果形成這樣的黑洞，我們可以通過黑洞史瓦西半徑計算公式，來測算出這個黑洞的事件視界的範圍，計算結果達到驚人的160億光年，在這個範圍之內的所有物質，都無法逃脫黑洞的強大引力，至於這些物質的組成形式是亞原子還是別的更微小的粒子，我們目前也無法準確得知。

當然，以上的分析是基於可觀測宇宙中的所有物質來進行推算的，實際上我們所處的可觀測宇宙只是整體宇宙中的極小一部分，畢竟在以地球為中心465億光年的可觀測宇宙之外，由於宇宙膨脹的原因，所有光線再也無法到達地球，可觀測宇宙以外區域的所有信息我們永遠也無法知曉。