如何测出宇宙的质量？

【拓展资料，选读，免费。】

关于如何测出宇宙的质量，以下摘录了两种方法，并非精准，仅供参考。

-----------------------

测算一：

如果我们这个宇宙的总质量是不变，遵守质量守恒定律，也不允许具有相对论质量的光子逃脱我们这个宇宙，宇宙越膨胀，物质密度逐渐变稀，温度也逐渐降低，就到了光子逃脱的临界点。

设宇宙和光子的质量分别为M、m，光子到宇宙中心的距离为r（也是宇宙允许的最大半径），光子的速度为C。由于光子运动所需的向心力是由二者间万有引力提供的，故可得：F＝GmM/r2， F=mc2/r，M=ρV=4ρr3π/3，已知G ＝6.67×10-11N·m2/kg2，C=2.99792458×108米／秒，理论计算得出的临界密度为ρ=5×10-27kg/m3，π=3.141592653，

得宇宙的总质量 M=c3 （3/4ρπG3）0.5=3.415788×1053kg，

宇宙允许的最大半径 r ＝2645亿光年，

我们生活其中的宇宙中约有近2000亿个星系，小的星系有几十亿颗恒星，大的星系约有近4000亿颗恒星，每个星系平均约有2000亿颗恒星，恒星大约总共有:3-4百万亿亿颗.即（3-4）×1022颗。取值3×1022

我们所处的太阳系中的太阳为中等大小的恒星，太阳的质量为1.98892乘以10的33次方克。据上，我们可以得到，我们生活其中的

宇宙中可见物质的质量： M1= 5.96676乘以10的55次方克=0.596676×1053kg.

其它物质质量（可能是暗物质质量）：M2=M-M1=3.415788×1053kg-0.596676×1053kg=2.819112×1053kg而我们可以看到的物质只占宇宙总物质量的17.46％左右。

其它物质质量（可能是暗物质质量）占宇宙总物质量82.54%：

------------------------------

测算二：

测量质量需要相当的前置知识，细说起来的话还真是挺费工夫呢...

首先要得到太阳的质量：

通过相对简单的牛顿定律计算，就可以得到太阳的大致质量

但是其他恒星和太阳不一样啊

根据观测一些双星系统、有行星的恒星系中，天体的轨道、速率、周期等，可以算出这颗恒星的质量

但不是每颗恒星都能这么算啊

观测到一定数量的恒星的质量后，就可以得到一个规律，它描述的是质量与光度之间的关系，将它们挂钩在一起的就是恒星的光谱——比如，处于主星序的恒星质量越大温度越高，光谱类型也有相应的特征——这样，分析一颗恒星的光谱，用测到的亮度结合算出的距离推出绝对亮度，再按照上述规律反演，就可以算出一颗恒星的质量

于是就得到所有恒星的质量了吗？

不是，因为我们能看到的几乎所有恒星都处于银河系内，而银河系中大部分恒星我们是看不见的（被银河本身挡住的处于另一侧的部分），所以要确定银河系的结构。一是根据观测来绘出可见部分的恒星分布，二是观测河外星系的形态来反推银河系。于是得到了银河的大致形态，是一个旋涡星系

这样就得到了可见部分的质量

我们可以看到的部分约占银河系的40%，这个比例足够大，所以可以用它的特征去推整个银河系的特征，于是我们知道银河系中70%都是太阳这样（甚至更弱）的恒星，剩下30%大部分是大质量恒星、中子星、黑洞，及相当数量的褐矮星，（还有数不尽的行星、碎石块、星云等但它们的质量可以忽略不计），于是就得到了可见物质的质量

于是就得到了银河系的质量了吗？

不是。通过观测不同距离的恒星的绕银心公转速率可知，仅靠可见物质不足以维持大部分恒星绕银心公转，计算可知暗物质占有相当大的比例；通过观测银河系星簇中一些矮星系向银河系掉落的速度可知，仅靠可见物质不可能让它们达到这样的加速度；一些被甩出银河的恒星也可以提供数据。综合很多观测和计算，暗物质占银河系质量的7成以上。算上它们的质量，才能得到银河系的总质量

然后就可以拿银河的特征去算河外星系的质量

和根据规律去推恒星质量一样，拿到了银河的数据，就可以去观测河外星系的总光度、光谱成分、尺寸、附近矮星系的绕行速度等，算出一个河外星系的大致质量

难道要每个星系都算一遍？

当然不行，全宇宙有数千亿个星系呢。但是经过相当的观测后，可以认为星系的分布基本是各向同性的，向东看能看到100个星系的话，向西看也能看到100个，并且不同类型比例都差不多。所以未统计区域的质量就可以根据已知区域的情况去推算。这样可以得到所有可见物质的总质量

那么暗物质呢？

这就需要涉及到宇宙加速膨胀的问题了。假定使空间扩张的能量叫做暗能量，而可见物质质量已知，那么计算扩张的速度等（具体我也不知道要算哪些啦）就可以得到暗物质的大致质量。现今测到的结果，是暗能量占73%，暗物质占23%，普通物质则只有不到4%

最终结果呢？

10^53kg，这是一个估值8)