¿Es cierto que si eliminaras el espacio de los 7 mil millones de cuerpos humanos en la tierra, podrían ocupar el volumen de un terrón de azúcar?

TL: DR: La declaración de la pregunta es esencialmente sin sentido. Podría eliminar todo el espacio de los 7 mil millones de cuerpos humanos y comprimirlos al tamaño que desee, incluso hasta el tamaño de un solo protón.

Para ver por qué, imaginemos que tomaste todos los cuerpos de los 7 mil millones de humanos en el planeta tierra y los pusiste en un “compactador de basura” súper duper, ¿cuánto podrías comprimir esa masa? Para comenzar, el compactador debería tener la capacidad de comenzar con un volumen de aproximadamente 0,5 kilómetros cúbicos de materia ((volumen de humanos) * (número de humanos) / (1 humano)).

Ahora, si el compactador era lo suficientemente poderoso y si estaba hecho de Unobtanium de alguna otra materia mítica que tiene las propiedades mágicas adecuadas, podría comprimir esa masa en una pequeña cantidad de material de estrella de neutrones. Según Wolfram | Alpha, el tamaño de esa cantidad de material de estrella de neutrones estaría en algún punto entre:

[matemáticas] 0.251 \ a \ 6.27 \ cm ^ 3 [/ matemáticas] – ver (peso humano promedio) * (número de humanos) / ((densidad de estrellas de neutrones) * (1 humano))

que es aproximadamente del tamaño de un terrón de azúcar. Ahora, en el camino para llegar a este cubo de azúcar de material de estrella de neutrones, los átomos tendrían que ser empujados tan fuertemente juntos que los electrones serían empujados hacia los núcleos de los átomos y en esos núcleos las interacciones débiles causarían la siguiente reacción a tener lugar:

[matemáticas] e ^ – + p ^ + \ rightarrow n + \ bar {\ nu_e} [/ math]

Los neutrinos escaparían del “compactador de basura” y se llevarían parte del calor creado al hacer la compresión. Entonces, en cierto sentido, algunas de las partes de los “humanos” no estarían contenidas en ese cubo de azúcar; también habría una capa expansiva de neutrinos más el cubo de azúcar. No hay forma de mantener todos esos neutrinos confinados al terrón de azúcar.

¿Pero por qué parar allí? Como tenemos un compactador de basura súper duper, ¡déjelo seguir comprimiéndose! Si continúas, terminarías con un agujero negro. Ahora el radio de Schwarzchild de ese agujero negro en particular sería de aproximadamente 0,75 femtómetros (ver 2 * ((peso humano promedio) * (número de humanos) / (1 humano)) * (constante gravitacional) / (velocidad de la luz) ^ 2) . ¡Entonces el agujero negro sería del tamaño de un protón! Que es mucho más pequeño que un terrón de azúcar.

Entonces, la afirmación de que si eliminaras todo el espacio de los átomos de los humanos en la tierra obtendrías un cubo de azúcar en realidad no tiene sentido. Podrías haber detenido el súper “compactador de basura” en cualquier paso del camino y obtener el tamaño que desees desde el punto de partida de medio kilómetro cúbico hasta el tamaño de un protón. En ninguno de estos puntos de compresión (hasta el punto final del agujero negro) la materia se volvería a expandir inmediatamente si se retira el compactador de basura. El material de la estrella de neutrones no es particularmente estable cuando es del tamaño de un cubo de azúcar. La única razón por la que las estrellas de neutrones son estables es porque la gravedad se ha convertido en el “compactador de basura” y mantiene unida la estrella de neutrones de la masa solar. Pero si agrega suficiente masa a una estrella de neutrones, colapsará en un agujero negro; no hay nada mágico en la densidad de la materia de la estrella de neutrones.

La etapa del agujero negro sería bastante estable, sin embargo, incluso ese agujero negro eventualmente se evaporaría en la radiación de Hawking y se disiparía. Sin embargo, eso tomaría aproximadamente 30 veces la edad actual del universo para que eso suceda. Vea la respuesta de Frank Heile a ¿Cómo sería la “muerte” de un agujero negro? He leído que los agujeros negros pierden masa debido a la radiación de Hawking (“evaporación”). ¿Es posible que un agujero negro pierda toda su masa?

Probablemente. La naturaleza de la materia normal es que casi toda la masa está concentrada en los núcleos de los átomos. Cada átomo consiste casi por completo en un espacio vacío alrededor de los núcleos, habitado solo por electrones en órbita. Si de alguna manera pudieras empaquetar materia núcleo a núcleo, sería mucho, mucho más pequeño que la materia normal.

Para realizar algunas estimaciones, un átomo de carbono mide aproximadamente 70 picómetros, un núcleo de carbono mide aproximadamente 5.5 femtómetros. Eso significa que el diámetro de un átomo de carbono es aproximadamente 12,000 mayor que su núcleo, lo que significa que, en teoría, podría empaquetar 2 billones de núcleos de carbono en el espacio de un átomo de carbono, si no hubiera un espacio vacío.

Ahora, en cuanto a las personas, supongamos 7 billones de personas en un promedio de 70 kg, con una densidad de aproximadamente 1 kg / litro. Eso significa que tienes alrededor de 500 mil millones de kg de masa humana, que llenarían 500 millones de metros cúbicos. Suponiendo que todos los átomos tienen una relación de espacio vacío similar al carbono, se dividen esos 500 millones de metros cúbicos por 2 trillones de núcleos por átomo y terminan con 0,00025 metros cúbicos. Eso es equivalente a un cubo de 6.6 cm en cada lado. Ese es un gran cubo de azúcar, pero no es irrazonable. También es un terrón de azúcar que pesaría 500 millones de toneladas.

Por supuesto, eso no es algo que pueda hacer razonablemente en el mundo real. La estructura de la materia requiere ese espacio vacío. Sin ella, las partículas colapsan en formas mucho más extrañas e incomprensibles. Pero en teoría, sí, lo único que hace a la humanidad más grande que un cubo de tres pulgadas es el espacio vacío.

NO ES VERDAD: “Espacio vacío” en el nivel de partículas es un poco ambiguo. Suponiendo que se refiere a la materia en su forma más compacta, me viene a la mente una estrella de neutrones.

Una estrella de neutrones es tan densa que una cucharadita (5 mililitros) de su material tendría una masa superior a 5,5 × 10 ^ 12 kg

Con 70 kg / humano y 7 mil millones de humanos que no tiene el valor de una cucharadita. (0.89) Quizás con cubos de azúcar más grandes o humanos más pequeños funcionaría.

El peso humano promedio global es de 62 kg, multiplicado por 7.4 mil millones (la última estimación para la población mundial) es 4.588 × 10 [matemáticas] ^ {11} [/ matemáticas] kg.

Si comprime eso a la densidad de una estrella de neutrones, obtendrá una esfera de 0.8114 mm. Un cubo de azúcar mide 1 cm³, por lo que su esfera de personas encajará cómodamente en un cubo de azúcar.

Si comprimiera la población mundial a un agujero negro, tendría un radio de Schwarzschild de 6.814 × 10 [matemática] ^ {- 16} [/ matemática] m, o 681.4 a.m. (attómetros). Eso sería una esfera de 1.363 fm (femtometer).

Como sabemos, un nucleón mide aproximadamente 1.6 fm o 1.6 × 10 ^ -15 m de ancho, por lo tanto, la densidad numérica de la materia nuclear es de aproximadamente 0.16 fm ^ -3.

Ahora suponga que un humano promedio en la Tierra tiene una masa de aproximadamente 60 kg (que es el 99.99% de la masa de nucleones)

Y el número total de humanos en la tierra es de 7,4 mil millones (a partir de agosto de 2016, de Wikipedia)

Masa de nucleón = 1.67 × 10 ^ -27 kg.

Ahora podemos calcular el volumen de todos los nucleones presentes en 7.4 billones de humanos al tomar el número de humanos en el mundo × su masa promedio y dividirlo por la densidad de masa nuclear × masa de nucleón

Que será igual a

= (7.4 mil millones × 60 kg) / (1.67 × 10 ^ -27 kg × 0.16 fm ^ -3)

= [(7.4 × 6) / (1.67 × 0.16)] × 10 ^ -8 m ^ 3

= 1.66 × 10 ^ -6 m ^ 3

= 1,66 cm ^ 3

Por lo tanto, el volumen de cada ser humano comprimido para ser materia nuclear pura es de aproximadamente 1,66 cm ^ 3

Cuál es el volumen de un terrón de azúcar que tiene un lado de aproximadamente 1.18 cm .

Todos los valores están en google.

Sí, eso es más o menos correcto, pero aún más pequeño. El núcleo es de orden 100,000 veces más pequeño en términos lineales que un átomo. Entonces, en términos de volumen, un millón de billones de veces más pequeño. Entonces, 7 millonésimas de humano, en términos generales.

Vayamos un poco más lejos con esa pregunta.

Uno de mis viejos maestros de Química dijo que TODOS los átomos en el universo sin espacio entre ellos ocuparían el espacio de una pelota de fútbol. (no una bola de handegg)

Un átomo está 99. 999 999 999 999 9% vacío

Si eso no lo corta, imagina que el núcleo de un átomo de hidrógeno tiene el tamaño de una manzana. Luego, el electrón escalará a un mechón de cabello que orbita a 3,2 km de distancia de esa manzana.

Lee sobre las estrellas de neutrones, eso te ayudará.