世界上有完美的球體嗎?科學家打造的最完美球體,仍然有偏差

2022年07月02日14:57:11 科學 1495

當你去細心觀察宇宙的時候,就會發現大部分天體的形狀都是球體,雖然有些球體看起來不是那麼圓,比如長得像「核桃」一樣的土衛六,但是從根本來說,大家還是非常相似的。而當人類發現球體的奧秘時,就一直在嘗試,怎樣把它打磨得更加完美

世界上有完美的球體嗎?科學家打造的最完美球體,仍然有偏差 - 天天要聞

宇宙中的球體

那麼,這個世界上真的沒有完美的球體嗎?科學家打造的最完美球體,依然有偏差。

科學家打造的「最完美球體」

球體狀的東西在人們的日常生活中還是很常見的,並且從咱們的肉眼來看,那些普通的球體就已經很圓了,但是在科學家「差之毫厘失之千里」的嚴格要求下,普通的球體就有些上不了檯面了。

世界上有完美的球體嗎?科學家打造的最完美球體,仍然有偏差 - 天天要聞

圓滾滾的桌球

正因如此,科學家想打造出一種最完美的球體。據悉,這個打造的過程長達5年,先後投入了200萬歐元左右。

在這個「完美球體研究組」當中,有來自各國、各個領域的頂尖科學家,他們在一起合作商議,為的就是讓該項目進展得更加順利。

世界上有完美的球體嗎?科學家打造的最完美球體,仍然有偏差 - 天天要聞

科學家在對最完美球體做測量

這個製造完美球體的項目代號為「阿伏伽德羅」,阿伏伽德羅本身是一位傑出的物理學家和化學家,著名的阿伏伽德羅定律就是出自他的研究。而為了能讓這顆球體更加完美,科學家從規劃打造過程到選擇材料,都十分用心。

世界上有完美的球體嗎?科學家打造的最完美球體,仍然有偏差 - 天天要聞

阿伏伽德羅

許多人可能不理解,不就是造個球體嗎,能有這麼多困難

實際上,打造完美球體的第一步,就是測量球體的體積,這個過程中不僅要使用高精度干涉儀,還要使用光學晶檢器

前者的目標是測量數萬個球面的點,後者則是檢測組成球體的「原子」之間的距離和結構。

世界上有完美的球體嗎?科學家打造的最完美球體,仍然有偏差 - 天天要聞

需要測量原子距離

可見,這計算球體的體積可不是用公式隨便代入一下就搞定了,而是已經深入到微觀層面了,與其說是在測量,不如說是在給這個球體做解剖手術。

在確定了體積的模型之後,就要尋找合適的材料,挑來選去最終確定了使用硅28,這原材料還是使用離心機分離出來的。這個過程也不是一帆風順的,前後經歷了幾次失敗,最終才得到硅28製成的晶體。

世界上有完美的球體嗎?科學家打造的最完美球體,仍然有偏差 - 天天要聞

硅元素

到這兒還沒結束,因為雖然打造的時候是按照前面的計算來規劃的,但是這個球體依舊不夠完美。因此,最後一步就是「打磨」。

咱們中國人總說「玉不琢,不成器」,而在這些科學家眼中,這顆球也是不打磨,就不完美。

並且這種打磨是非常精細的,不是利用機器,而是人工。就這樣,一眾人圍着這顆球忙活了很久,最終將其直徑控制在了93.75毫米,讓其圓度達到了0.3納米。

簡單來說,這個「球體」的表面上任何一個點,到其中心的距離,誤差都能夠控制在3倍的原子直徑當中。

世界上有完美的球體嗎?科學家打造的最完美球體,仍然有偏差 - 天天要聞

手工打磨

可見,雖然耗時五年,並且有這麼多專業人士的助力,但是這個最完美的球體依舊有偏差。即便這個偏差從我們的肉眼來看是根本看不出來的,可是依舊不能將其斷定為「完美」。

世界上有完美的球體嗎?科學家打造的最完美球體,仍然有偏差 - 天天要聞

看似完美,仍有誤差

說到這兒,可能大家會覺得這種實驗完全就是在浪費時間,畢竟早在實驗的開始,科學家就想到了,當尺度從微觀層面出發,這個球就不可能做到完美。既然這樣,為什麼還一定要費時費力地打造它呢?

一千克到底有多重?

大部分人小時候都聽過這樣一個腦筋急轉彎,那就是「一千克棉花和一千克鐵塊」哪一個更重。那時,可能許多人會脫口而出鐵塊更重。如今我們雖然知道了這就是一個文字遊戲,但是對於一千克到底有多重,又是如何被定義的問題,我們還是不甚了解的。

世界上有完美的球體嗎?科學家打造的最完美球體,仍然有偏差 - 天天要聞

關於1千克的腦筋急轉彎

因此,科學家打造的這顆直徑為93.75毫米的球,其實就是為了來「定義千克」。這顆球的重量為1千克,它在誕生之後被用來和幾個國家的「千克原器」進行比較,驗證這些千克原器到底夠不夠精準。

要知道,各個國家的千克原器雖然在誕生之初是標準的,但是它們會隨着環境的影響,漸漸地出現誤差

資料顯示定義「千克」的實物,是一塊用90%鉑10%銥打造的標準砝碼。但這種實物基準容易受環境影響,法國的IPK過去100多年來增重了50微克,導致與質量有關的測量出現偏差。

世界上有完美的球體嗎?科學家打造的最完美球體,仍然有偏差 - 天天要聞

千克原器

可見,此前的一千克已經不適用於現在了,在這種情況下國際計量委員會決定,要將一千克的精確度再次提升,使用普朗克常數為基準,來重新定義質量單位。

在這種情況下,全世界的千克原器都迎來了變革和校準,人們矯正千克的時候也不再會使用到大K,而是使用基布爾秤。

對於這種變化負責計量校準的斯多克表示,「諾貝爾獎得主夏爾·愛德華·紀堯姆認為目前的千克定義可以用1萬年,這顯然過於樂觀了。我不確定這會不會是最後一次重新定義千克,但新定義應該足以用上一段時間。」

世界上有完美的球體嗎?科學家打造的最完美球體,仍然有偏差 - 天天要聞

基布爾秤的結構

綜上所述,不論是那個接近完美的球,還是科學家做出的一些其他工作,本質上都是為了讓基本單位實現量子

這在普通人看來有些多此一舉,畢竟千克再怎麼精確,對我們日常生活的影響似乎都很輕微。但是在科學家看來,這是為了助力未來科學發展必須要做的事情。

為什麼要將計量單位量子化?

首先,隨着人類的科技進步,諸多高端領域對於精度的要求越來越嚴格,這些領域當中往往要求誤差越小越好。這種誤差可不是肉眼能否分別這麼簡單了,就是要近乎於完美才可以,畢竟基本單位必須要在物理上得到復現,不能只是理論上完美,一到實驗中,就出現各種偏差。

世界上有完美的球體嗎?科學家打造的最完美球體,仍然有偏差 - 天天要聞

高精度領域需求

其次,就是我們如果一直用現實中的大K來定義單位,那麼就要接受它在日常環境中的破損和變化。千克原器的變化往往是我們始料未知的,如果每年都對它進行測量和校準,也很耽誤事。

最後就是此舉其實是人類科技進步的表現,過去我們雖然也知道量子化會更加標準,可是卻沒有那種條件。

如今雖然也不能做到盡善盡美,但是好歹在不斷接近了,所以為了能讓基本單位顯得更加「科學」,重新定義是很重要的。

世界上有完美的球體嗎?科學家打造的最完美球體,仍然有偏差 - 天天要聞

將單位量子化

其實人類在追求探索世界的過程中,做了許多看起來似乎沒必要的事情,因為這些事情哪怕過了幾千年,甚至上萬年都不可能得到完美的結果。但是我們卻必須要去做,因為有時候結果不是最重要的,重要的是探索的過程。

完美雖遙不可及,但追求永無止境

以咱們普通人的視角來看,打造完美球體似乎沒什麼用,同理,不停地計算圓周率或者實驗逼近絕對零度也沒什麼意義。

但實際上,諸多璀璨的理論成果,都是在這些實驗中誕生的,人類其實不是在追求完美的「果」,而是想在這個過程當中找到更多的「因」。

世界上有完美的球體嗎?科學家打造的最完美球體,仍然有偏差 - 天天要聞

「最完美球體」

圓周率來說,咱們都知道它是一個不循環小數,所以哪怕再怎麼算,也不會從中找到任何的規律。可即便是這樣,科學家依舊會使用超級計算機,來算出小數點後的更多位。

這不僅凸顯了人類堅持探索的恆心,對驗證計算機的性能也有着重要的意義。而像絕對零度的實驗也是,我們只能無限地接近零下237.15℃,卻永遠無法達到它。

世界上有完美的球體嗎?科學家打造的最完美球體,仍然有偏差 - 天天要聞

人類對圓周率的探索

可是科學家不會因為知道「實驗沒有大結局」就放棄實驗,因為許多真理都是在看似無意義的探索中得到的,它需要長久的積澱。其實這不僅適用於科學研究,也適用於我們的人生,畢竟完美雖遙不可及,但追求永無止境。

世界上有完美的球體嗎?科學家打造的最完美球體,仍然有偏差 - 天天要聞

探索永無止境

科學分類資訊推薦

「雞公蟲」是什麼?具體長啥樣?它的剋星是誰? - 天天要聞

「雞公蟲」是什麼?具體長啥樣?它的剋星是誰?

夏季是蚊蟲類孳生的高發期,比較常見的有蚊子、伊蚊、臭蟲、蒼蠅、毛毛蟲、蟋蟀、蟑螂等。其中,吸血蚊子無論在家裡,還是在野外都能看得到,見人就咬。反正人們對蚊蟲是比較忌憚的,因為它們會攜帶一些細菌。近日,湖南益陽桃江縣局部出現遍地「雞公蟲」引發
在湛江尋找生物「活化石」!不起眼的文昌魚,竟活了五億年 - 天天要聞

在湛江尋找生物「活化石」!不起眼的文昌魚,竟活了五億年

2024年6月15日,由湛江市海洋與漁業局、廣東海洋大學相關專業人士組成的考察小組在湛江硇洲島海域尋找到了40餘條文昌魚。6月15日,由湛江市海洋與漁業局、廣東海洋大學相關專業人士組成的考察小組在湛江硇洲島海域尋找到了40餘條文昌魚。文昌魚其實並不是魚,它是低等無脊椎動物向高等脊椎動物演化時的過渡生物,早5億年前...
世界海龜日︱海龜:今天我放假! - 天天要聞

世界海龜日︱海龜:今天我放假!

今天是世界海龜日,「小綠」我決定給自己放天假。我打算在近岸海域暢遊,晒晒太陽,餓了就在珊瑚叢中覓食。吃飽喝足便漂在水面打盹,或者尋一處暗礁睡午覺。 作為海洋爬行動物,我們綠海龜用肺呼吸,這....
2700億噸!嫦娥五號發現月球儲水庫,美國為啥6次登月都沒發現? - 天天要聞

2700億噸!嫦娥五號發現月球儲水庫,美國為啥6次登月都沒發現?

閱讀此文前,麻煩您點擊一下「關注」,既方便您進行討論與分享,又給您帶來不一樣的參與感,感謝您的支持。引言在浩渺無垠的宇宙中,月球宛如一顆孤獨的明珠,長久以來都是人類嚮往和探索的聖地。最近,嫦娥五號探測器在月球上的新發現,無疑給人類帶來了前所
大熊貓國家公園滎經片區發現植物新種——「滎經鳳仙花」 - 天天要聞

大熊貓國家公園滎經片區發現植物新種——「滎經鳳仙花」

封面新聞記者 苟春6月15日,封面新聞記者從大熊貓國家公園管理局四川分局獲悉,近日,大熊貓國家公園滎經縣管護總站、四川大學、西華師範大學等聯合發表了一個鳳仙花科鳳仙花屬植物新種,並將其命名為滎經鳳仙花。滎經鳳仙花。攝影 宋心強據了解,鳳仙花屬是鳳仙花科中最大的屬,全世界有1000餘種,主要產於歐亞大陸的熱帶...
院士專家齊聚圓桌 共話中國航天強國之路與航天產業發展 - 天天要聞

院士專家齊聚圓桌 共話中國航天強國之路與航天產業發展

封面新聞記者 譚羽清 馬曉玉 張崢航天技術不僅是一個國家綜合國力的體現,更是人類探索宇宙、認知自然、實現可持續發展的重要手段。通過航天活動,人類可以更加深入地了解宇宙的奧秘,拓展人類的生存空間,同時,航天技術的發展也帶動了一系列相關產業的進