世界上有完美的球体吗?科学家打造的最完美球体,仍然有偏差

2022年07月02日14:57:11 科学 1495

当你去细心观察宇宙的时候,就会发现大部分天体的形状都是球体,虽然有些球体看起来不是那么圆,比如长得像“核桃”一样的土卫六,但是从根本来说,大家还是非常相似的。而当人类发现球体的奥秘时,就一直在尝试,怎样把它打磨得更加完美

世界上有完美的球体吗?科学家打造的最完美球体,仍然有偏差 - 天天要闻

宇宙中的球体

那么,这个世界上真的没有完美的球体吗?科学家打造的最完美球体,依然有偏差。

科学家打造的“最完美球体”

球体状的东西在人们的日常生活中还是很常见的,并且从咱们的肉眼来看,那些普通的球体就已经很圆了,但是在科学家“差之毫厘失之千里”的严格要求下,普通的球体就有些上不了台面了。

世界上有完美的球体吗?科学家打造的最完美球体,仍然有偏差 - 天天要闻

圆滚滚的台球

正因如此,科学家想打造出一种最完美的球体。据悉,这个打造的过程长达5年,先后投入了200万欧元左右。

在这个“完美球体研究组”当中,有来自各国、各个领域的顶尖科学家,他们在一起合作商议,为的就是让该项目进展得更加顺利。

世界上有完美的球体吗?科学家打造的最完美球体,仍然有偏差 - 天天要闻

科学家在对最完美球体做测量

这个制造完美球体的项目代号为“阿伏伽德罗”,阿伏伽德罗本身是一位杰出的物理学家和化学家,著名的阿伏伽德罗定律就是出自他的研究。而为了能让这颗球体更加完美,科学家从规划打造过程到选择材料,都十分用心。

世界上有完美的球体吗?科学家打造的最完美球体,仍然有偏差 - 天天要闻

阿伏伽德罗

许多人可能不理解,不就是造个球体吗,能有这么多困难

实际上,打造完美球体的第一步,就是测量球体的体积,这个过程中不仅要使用高精度干涉仪,还要使用光学晶检器

前者的目标是测量数万个球面的点,后者则是检测组成球体的“原子”之间的距离和结构。

世界上有完美的球体吗?科学家打造的最完美球体,仍然有偏差 - 天天要闻

需要测量原子距离

可见,这计算球体的体积可不是用公式随便代入一下就搞定了,而是已经深入到微观层面了,与其说是在测量,不如说是在给这个球体做解剖手术。

在确定了体积的模型之后,就要寻找合适的材料,挑来选去最终确定了使用硅28,这原材料还是使用离心机分离出来的。这个过程也不是一帆风顺的,前后经历了几次失败,最终才得到硅28制成的晶体。

世界上有完美的球体吗?科学家打造的最完美球体,仍然有偏差 - 天天要闻

硅元素

到这儿还没结束,因为虽然打造的时候是按照前面的计算来规划的,但是这个球体依旧不够完美。因此,最后一步就是“打磨”。

咱们中国人总说“玉不琢,不成器”,而在这些科学家眼中,这颗球也是不打磨,就不完美。

并且这种打磨是非常精细的,不是利用机器,而是人工。就这样,一众人围着这颗球忙活了很久,最终将其直径控制在了93.75毫米,让其圆度达到了0.3纳米。

简单来说,这个“球体”的表面上任何一个点,到其中心的距离,误差都能够控制在3倍的原子直径当中。

世界上有完美的球体吗?科学家打造的最完美球体,仍然有偏差 - 天天要闻

手工打磨

可见,虽然耗时五年,并且有这么多专业人士的助力,但是这个最完美的球体依旧有偏差。即便这个偏差从我们的肉眼来看是根本看不出来的,可是依旧不能将其断定为“完美”。

世界上有完美的球体吗?科学家打造的最完美球体,仍然有偏差 - 天天要闻

看似完美,仍有误差

说到这儿,可能大家会觉得这种实验完全就是在浪费时间,毕竟早在实验的开始,科学家就想到了,当尺度从微观层面出发,这个球就不可能做到完美。既然这样,为什么还一定要费时费力地打造它呢?

一千克到底有多重?

大部分人小时候都听过这样一个脑筋急转弯,那就是“一千克棉花和一千克铁块”哪一个更重。那时,可能许多人会脱口而出铁块更重。如今我们虽然知道了这就是一个文字游戏,但是对于一千克到底有多重,又是如何被定义的问题,我们还是不甚了解的。

世界上有完美的球体吗?科学家打造的最完美球体,仍然有偏差 - 天天要闻

关于1千克的脑筋急转弯

因此,科学家打造的这颗直径为93.75毫米的球,其实就是为了来“定义千克”。这颗球的重量为1千克,它在诞生之后被用来和几个国家的“千克原器”进行比较,验证这些千克原器到底够不够精准。

要知道,各个国家的千克原器虽然在诞生之初是标准的,但是它们会随着环境的影响,渐渐地出现误差

资料显示定义“千克”的实物,是一块用90%铂10%铱打造的标准砝码。但这种实物基准容易受环境影响,法国的IPK过去100多年来增重了50微克,导致与质量有关的测量出现偏差。

世界上有完美的球体吗?科学家打造的最完美球体,仍然有偏差 - 天天要闻

千克原器

可见,此前的一千克已经不适用于现在了,在这种情况下国际计量委员会决定,要将一千克的精确度再次提升,使用普朗克常数为基准,来重新定义质量单位。

在这种情况下,全世界的千克原器都迎来了变革和校准,人们矫正千克的时候也不再会使用到大K,而是使用基布尔秤。

对于这种变化负责计量校准的斯多克表示,“诺贝尔奖得主夏尔·爱德华·纪尧姆认为目前的千克定义可以用1万年,这显然过于乐观了。我不确定这会不会是最后一次重新定义千克,但新定义应该足以用上一段时间。”

世界上有完美的球体吗?科学家打造的最完美球体,仍然有偏差 - 天天要闻

基布尔秤的结构

综上所述,不论是那个接近完美的球,还是科学家做出的一些其他工作,本质上都是为了让基本单位实现量子

这在普通人看来有些多此一举,毕竟千克再怎么精确,对我们日常生活的影响似乎都很轻微。但是在科学家看来,这是为了助力未来科学发展必须要做的事情。

为什么要将计量单位量子化?

首先,随着人类的科技进步,诸多高端领域对于精度的要求越来越严格,这些领域当中往往要求误差越小越好。这种误差可不是肉眼能否分别这么简单了,就是要近乎于完美才可以,毕竟基本单位必须要在物理上得到复现,不能只是理论上完美,一到实验中,就出现各种偏差。

世界上有完美的球体吗?科学家打造的最完美球体,仍然有偏差 - 天天要闻

高精度领域需求

其次,就是我们如果一直用现实中的大K来定义单位,那么就要接受它在日常环境中的破损和变化。千克原器的变化往往是我们始料未知的,如果每年都对它进行测量和校准,也很耽误事。

最后就是此举其实是人类科技进步的表现,过去我们虽然也知道量子化会更加标准,可是却没有那种条件。

如今虽然也不能做到尽善尽美,但是好歹在不断接近了,所以为了能让基本单位显得更加“科学”,重新定义是很重要的。

世界上有完美的球体吗?科学家打造的最完美球体,仍然有偏差 - 天天要闻

将单位量子化

其实人类在追求探索世界的过程中,做了许多看起来似乎没必要的事情,因为这些事情哪怕过了几千年,甚至上万年都不可能得到完美的结果。但是我们却必须要去做,因为有时候结果不是最重要的,重要的是探索的过程。

完美虽遥不可及,但追求永无止境

以咱们普通人的视角来看,打造完美球体似乎没什么用,同理,不停地计算圆周率或者实验逼近绝对零度也没什么意义。

但实际上,诸多璀璨的理论成果,都是在这些实验中诞生的,人类其实不是在追求完美的“果”,而是想在这个过程当中找到更多的“因”。

世界上有完美的球体吗?科学家打造的最完美球体,仍然有偏差 - 天天要闻

“最完美球体”

圆周率来说,咱们都知道它是一个不循环小数,所以哪怕再怎么算,也不会从中找到任何的规律。可即便是这样,科学家依旧会使用超级计算机,来算出小数点后的更多位。

这不仅凸显了人类坚持探索的恒心,对验证计算机的性能也有着重要的意义。而像绝对零度的实验也是,我们只能无限地接近零下237.15℃,却永远无法达到它。

世界上有完美的球体吗?科学家打造的最完美球体,仍然有偏差 - 天天要闻

人类对圆周率的探索

可是科学家不会因为知道“实验没有大结局”就放弃实验,因为许多真理都是在看似无意义的探索中得到的,它需要长久的积淀。其实这不仅适用于科学研究,也适用于我们的人生,毕竟完美虽遥不可及,但追求永无止境。

世界上有完美的球体吗?科学家打造的最完美球体,仍然有偏差 - 天天要闻

探索永无止境

科学分类资讯推荐

今日夏至!蝉鸣声四起 荷香飘满塘 - 天天要闻

今日夏至!蝉鸣声四起 荷香飘满塘

闽南网6月21日讯(闽南网记者 苏毓茹 洪泓塬 文/图)昼晷已云极,宵漏自此长。今天,我们迎来二十四节气中的第十个节气——夏至。此时节,蝉鸣声声,荷花别样红,予人无限回味。“夏”,长大的意思,“至”,为事物发展到极致,相当于“最”。
保定市科技成果对接推进大会暨北京中科老专家技术中心保定工作站揭牌仪式举行 - 天天要闻

保定市科技成果对接推进大会暨北京中科老专家技术中心保定工作站揭牌仪式举行

保定市科技成果对接推进大会暨北京中科老专家技术中心保定工作站揭牌仪式举行杨柏龄致辞 闫继红等揭牌并讲话保定日报讯(记者邱恩宇 卢雪竹)6月20日,保定市科技成果对接推进大会暨北京中科老专家技术中心保定工作站揭牌仪式举行。中国科学院原副院长杨柏龄致辞。市委副书记、市长闫继红,北京中科老专家技术中心执行主任...
100%有效性,吉利德艾滋病预防药物取得惊人实验结果,公司股价涨超8% - 天天要闻

100%有效性,吉利德艾滋病预防药物取得惊人实验结果,公司股价涨超8%

每经编辑:杜宇当地时间6月20日,美国生物制药公司吉利德科学在官网宣布,其研发的“Lenacapavir”(来那卡帕韦)在预防艾滋病毒方面显示出了100%的有效性。图片来源:吉利德科学公司官网最新公布结果的是一项名为“PURPOSE 1”的3期双盲随机研究试验,旨在评估Lenacapavir和Descovy对南非25个站点和乌干达3个站点的5300多...
今日夏至 | 盛夏始 万物长 - 天天要闻

今日夏至 | 盛夏始 万物长

【夏至晨光,唤醒盛夏梦境】晨曦初照,夏至轻启自然的金钥匙,白昼悠长,夜色匆匆。在这北半球日照最长的日子里,让第一缕阳光温柔唤醒你,带着满满的活力,迎接一年中最热烈的季节。【绿意盎然,万物并秀的盛宴】稻田泛金,林木葱郁,夏至时节,大地披上最浓烈的绿色。每一寸土地都在诉说着生长的故事,每一抹翠绿都是...
力度不断加大 生态稳步向好 - 天天要闻

力度不断加大 生态稳步向好

我国持续推进野生动物保护和国际合作交流——力度不断加大 生态稳步向好光明日报记者 姚亚奇我国幅员辽阔,地形地貌多样,野生动物种类丰富,有陆生脊椎动物3000余种,已定名昆虫13万种。如何推进野生动物保护,实现人与自然和谐共生?
节令之美·夏至|蝉始鸣,花似锦,山色映夏凉 - 天天要闻

节令之美·夏至|蝉始鸣,花似锦,山色映夏凉

“日北至,日长之至,日影短至,故曰夏至。”夏至,又称“夏节”“夏至节”,是二十四节气中最早被确定的一个节气,它通常在公历6月21日至22日交节。在这天,太阳直射地面的位置达到一年中的最北端,几乎直射北回归线。
世界首头人工繁育长江江豚又当“爸爸” - 天天要闻

世界首头人工繁育长江江豚又当“爸爸”

中新社武汉6月20日电(记者 马芙蓉)世界首头在全人工环境中成功繁育的长江江豚“淘淘”,近日又喜获“爱子”。武汉白鱀豚馆20日召开媒体见面会,介绍“淘淘”及其子最新情况。“淘淘”于2005年7月5日在武汉白鱀豚馆出生。
量子力学如此诡异,是不是意味着我们的人生毫无意义? - 天天要闻

量子力学如此诡异,是不是意味着我们的人生毫无意义?

量子力学,这门描述微观粒子行为的物理学分支,以其独特的理论和实验结果,颠覆了人们对物质世界传统认知的局限。量子力学中的叠加态和纠缠态等现象,以其超越日常经验的诡异特性,引起了广泛的关注和讨论。不仅如此,这些现象在哲学层面也引发了深远的思考,