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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* p, j; J% ?; Z2 R7 g4 W- v7 k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(fèi)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(jī)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(fèi)錢、費(fèi)時,、費(fèi)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,？
) ]+ m3 B+ V- z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,。

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(qiáng),、膨脹率也低,，很適合靜靜地放著。

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。

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。

阿伏伽德羅常數(shù)的定義

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,。