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世界上最圆的球,如何重新定义千克,改变世界测量标准?

2024-11-23来源:天脉网编辑:瑞雪

在人类对精准测量的不懈追求中,一项科学壮举悄然诞生——由超纯硅精心雕琢而成的球体,成为了地球上最接近“完美圆形”的物体。这一科学奇迹,不仅标志着技术的高峰,更深刻改变了我们对质量标准的认知。

这些硅球,作为阿伏伽德罗计划的结晶,全球仅有七颗,每颗造价高达三百万美元。它们不仅代表了人类科技的巅峰,更是重新定义千克质量标准的关键。通过精确测量硅球中的原子数量,科学家们得以建立一个基于自然常数的新千克定义,从而解决了长期以来国际单位制中千克标准的漂移问题。

回溯至上世纪九十年代,国际单位制的定义遭遇了前所未有的挑战。原始的公斤标准——一个存放在巴黎的铂铱合金圆柱体,因时间的侵蚀而出现了微小的质量变化。这一变化虽小,却对依赖精确测量的科学领域造成了巨大影响,尤其是在制药、材料科学和精密制造等领域。因此,科学家们迫切需要寻找一种全新的、稳定的质量标准。

在这样的背景下,阿伏伽德罗计划应运而生。德国的物理学家安德烈亚斯博士,作为该计划的核心人物之一,领导了硅球的制造和测量工作。他选择了硅-28同位素作为材料,因其具有极高的热稳定性和化学惰性,能够在长期存储中保持质量和体积的稳定。通过气体离心机等高精度设备,科学家们将硅的纯度提升至99.9999%,并通过化学气相沉积法生长出大尺寸的单晶硅锭。

经过精密的切割、研磨和抛光,硅球逐渐呈现出完美的球形。为了确保其每个部分都近乎完美,科学家们使用了激光干涉仪和X射线晶体分析等先进技术进行测量,将偏差控制在纳米级别。最终,这些硅球不仅形状完美,而且通过精确计算原子数量,为阿伏伽德罗常数的确定提供了可靠依据。

2018年11月16日,在法国凡尔赛宫,一场历史性的科学会议见证了国际千克原器的退位。那块在过去139年中定义了“1千克”的铂铱合金圆柱体,被这些硅球所取代。这一变革不仅标志着国际单位制的新篇章,更彰显了人类对极致之美的不懈追求和科学探索的无限可能。