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科學(xué)家耗資千萬,,打造“世界上最圓的球體”,,有什么用,?

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發(fā)表于 2022-8-3 10:28:18 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
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+ ]% u5 a9 U7 a6 _世界上最圓的球體
這是世界上最圓的球體,,它的直徑為93.75毫米,重量為一千克,,將其放大到地球的尺寸,,沒有凸起的高山,也沒有凹進(jìn)去的海洋,,我們頂多只能看到 12到15毫米的小波紋,。

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據(jù)悉,為了打造它,,科學(xué)家們耗資千萬,、費時5年、奔波于多個國家,。那么,,如此完美的球體是怎么做出來的?它又能派上什么用場呢,?
如何打造出“最圓的球”
首先,,這顆球體的成分為硅28。為了提高純度,,科學(xué)家們將前蘇聯(lián)時期提煉鈾的離心機搬了出來,,得到了含量為99.9995%的硅28。

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硅晶體


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隨后,,他們將這些提純后的硅送到了德國的國家計量研究所,,在經(jīng)歷了6次失敗后,終于制成了10公斤的硅晶體,,并把它們送往了澳大利亞的精確光學(xué)中心,,在那里,光學(xué)工程師阿奇姆·雷斯納(Achim Leistner)利用精密的儀器,,經(jīng)過數(shù)月的打磨,,終于制造出了我們在視頻開頭看到的誤差極小的球體,。
當(dāng)然,如此費錢,、費時,、費力地付出可不是為了一個噱頭,而是要“重新定義質(zhì)量的國際單位——千克”,。但是,,好好的為什么要重新定義呢?
' Z6 F! Z6 t0 Z/ ~) R3 ]4 \千克的定義
這就要從“國際千克原器”講起了,。1799年,,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)4攝氏度時水的密度最為穩(wěn)定,因此便將此溫度下1立方分米水的質(zhì)量定義為1千克,,與此同時,,他們還制作出了一個相應(yīng)質(zhì)量的鉑金塊,并將它的數(shù)值記錄到了法國科學(xué)院的“千克檔案”中,,這一用就是90年,。
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1879年,英國的一家公司制造出了三個新的“鉑銥合金”砝碼,,它們的硬度更高,、抗氧化性更強、膨脹率也低,,很適合靜靜地放著,。
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于是,在1889年,,第一屆國際計量大會從三個當(dāng)中選了質(zhì)量最接近檔案的一顆,,并將它定為“國際千克原器”,也就是俗稱的“大K”,。
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而故事到這才剛剛開始,,為了保證原器的準(zhǔn)確性,它的復(fù)制品被送到了許多簽約國家,,每隔40年,,這些砝碼就要相遇一次,然后比比體重,。
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事實是,,再穩(wěn)定的大K也熬不過時間的摧殘,經(jīng)過了一百多年,,它的質(zhì)量已經(jīng)出現(xiàn)了50微克的誤差,。這在我們聽起來可能不算什么,但是,,作為七個基本單位之一,,它的不準(zhǔn)不僅會影響尖端科學(xué)的精準(zhǔn)度量,,也連帶著許多單位遭殃。因此,,科學(xué)家們必須重新定義千克,,且最好不利用實物定義。

# G$ `5 N2 L9 E- ?重新定義千克
于是,,就有人想到了“硅球方案”,,即數(shù)出單晶硅球中的硅原子個數(shù)。

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整齊的硅原子


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因為硅的晶格排列非常規(guī)律,,原子量和總質(zhì)量都是確定的,,所以,只需要算出“一千克硅球中到底有多少個硅原子”,,就能重新定義質(zhì)量的國際單位了,。但很可惜,這一方案并沒有得到國際計量委員會的認(rèn)可,,一些計量學(xué)家認(rèn)為“這只不過是用一個有問題的物理標(biāo)準(zhǔn)取代了另外一個有問題的物理標(biāo)準(zhǔn)”,。最終,在2018年第二十六屆國際計量大會上,,“普朗克常數(shù)”被用來重新定義千克。

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千克的新定義

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不過,,這也不是說硅球就派不上用場了,,一旦數(shù)出了硅原子的數(shù)量,便能計算出“阿伏伽德羅常數(shù)”,,而這也是校準(zhǔn)普朗克常數(shù)的一種方法,。

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阿伏伽德羅常數(shù)的定義

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因此,這顆球雖然不能定義千克,,卻可以檢查千克的定義是否準(zhǔn)確,,也算是幫上忙了。

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