科學家耗資千萬，打造“世界上最圓的球體”，有什么用？

twq19810302

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，也沒有凹進去的海洋，我們頂多只能看到 12到15毫米的小波紋。

9 I8 {. H4 H4 s- Y  _1 \

據悉，為了打造它，科學家們耗資千萬、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，科學家們將前蘇聯時期提煉鈾的離心機搬了出來，得到了含量為99.9995%的硅28。

硅晶體

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中心，在那里，光學工程師阿奇姆·雷斯納(Achim Leistner)利用精密的儀器，經過數月的打磨，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“重新定義質量的國際單位——千克”。但是，好好的為什么要重新定義呢？
千克的定義

這就要從“國際千克原器”講起了。1799年，科學家們發現4攝氏度時水的密度最為穩定，因此便將此溫度下1立方分米水的質量定義為1千克，與此同時，他們還制作出了一個相應質量的鉑金塊，并將它的數值記錄到了法國科學院的“千克檔案”中，這一用就是90年。

) G3 p3 _5 d5 D0 W

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。

, ]% C. }' j/ d

于是，在1889年，第一屆國際計量大會從三個當中選了質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”。

而故事到這才剛剛開始，為了保證原器的準確性，它的復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。

2 u8 \, J6 j/ l% M$ l+ Y0 p

事實是，再穩定的大K也熬不過時間的摧殘，經過了一百多年，它的質量已經出現了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，它的不準不僅會影響尖端科學的精準度量，也連帶著許多單位遭殃。因此，科學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”，即數出單晶硅球中的硅原子個數。

整齊的硅原子

因為硅的晶格排列非常規律，原子量和總質量都是確定的，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可，一些計量學家認為“這只不過是用一個有問題的物理標準取代了另外一個有問題的物理標準”。最終，在2018年第二十六屆國際計量大會上，“普朗克常數”被用來重新定義千克。

千克的新定義

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

阿伏伽德羅常數的定義

$ z% o% }1 O* i( A0 A

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確，也算是幫上忙了。

5 h; o+ P- I; ]5 x1 [' N