耗資千萬,歷時5年,科學家打造了世界上最完美的球體

2019-06-19     科學求知者

在我們身邊,球形的東西實在太多了,且不說體育上的足球、籃球、桌球,就連我們腳下踩的,也叫作地球,夜裡抬頭看去,看到的也叫月球。

可是,話雖這麼說,所有的這些所謂的球體,都不是完美的球體。比如地球,兩極的半徑大約是6356.752千米,赤道半徑大約是6378.137千米,有二十多公里的偏差。

同樣的,所有的球形物體,在我們的肉眼範圍內看都好像很完美。然而實際測量的話,都會或多或少有一些誤差。

很多人感慨:原來,製造出一個完美的球形物體,竟然這麼難。

可不是嗎,不僅是難,而且,按照現在的科技,根本就是做不到。

科學家也是對此不太甘心,非要做出一個完美的球體不可。為此,他們耗時5年的時間,來製造這個傳說中的球體。

首先,要用什麼來製作這個球呢?科學家選擇了矽28。

不過,對於矽的選擇,也不是選好了就完事那麼簡單的。因為在自然界中,最常見的矽是矽28,但也有極少量的矽29。為了製作這個最完美的球,科學家要求矽28的純度儘可能地高一點。

2014年的時候,美國科學家將矽28提純到了99.9999%。不過,那已經為時已晚了,這個球在此之前就已經被製作,其矽28的含量略低,為99.994%。儘管如此,他們還是動用了當初製作核武器時提煉鈾才使用的離心機,才提純到了這個級別。

用超高純度的矽28做出來球體之後,還遠遠沒有結束。這個球剛被製作出來,其完美程度和世界上其他的球也沒什麼本質上的不同,所以也需要細緻的打磨才可以。於是,它又輾轉到了澳大利亞、德國等地,經過了非常精細的處理,才最終完工。就這樣,歷時5年、耗資千萬之後,科學家們終於製作出了世界上最完美的球體——截至目前。

據介紹,這個93.75毫米直徑的球體,誤差在納米級別。簡單來說,如果這個球有地球這麼大的話,兩極的直徑和赤道的直徑只有不到10米的差別,和現在四十幾公里的差別相比,已經微乎其微了。

儘管如此,它依舊不是完美的球體。

有人會問:為何不繼續打磨呢?

這就要說到它的用途了。科學家打造這個球只是為了好玩嗎?顯然不是,他們是為了定義1千克到底是多少。

我們知道,質量是物理學的最基本單位,如果質量不確定,在物理學上我們寸步難行。在打造這個球的時候,人類對於千克的定義是一塊保存於巴黎的一塊特殊打造的鉑銥圓柱體,學名叫做國際千克原器,簡稱大K。

不過,隨著大K的磨損與消耗,它的質量有了微弱的變化。數字上很小,但是在科學領域是非常巨大的影響。因此才有科學家希望製作出一個完美的球形,來定義1千克的質量。這就要說到為什麼科學家選用矽28了,它在自然環境下會呈現出晶體結構(有均勻的排列結構),每個晶胞含有8個矽原子。因此,只要計算出晶胞的體積,按照阿伏伽德羅常數計算出的數字來製作實際的球體,就是標準的1千克(這也是一定要儘量減少矽29含量的原因)。

因此,當科學家製作出來這個球體後,儘管有一點點偏差,但它代表著1千克的含義, 不可以再打磨。

就這樣,科學家耗資千萬,歷時五年,終於做出了這個完美的球體。

可尷尬的是,這個球製作出來僅僅幾年的功夫,在上個月,科學家根據最新測定的普朗克常數以及光速的數據,從量子領域規定了1千克的質量。從此以後,我們再也不需要通過某個實際物體來判斷1千克有多重了。

這個完美的球體,貌似就這麼下崗了……

文章來源: https://twgreatdaily.com/ptNNMWwB8g2yegNDiYtp.html