1千克是怎么被定义的?科学家造世界上最圆的球体,价值超千万
说起1千克,我们再熟悉不过了。平常买东西很多都是按重量卖的,1千克不就是2斤吗。但是你知道1千克是怎么来的吗?为什么科学家要不惜花费重金造世界上最圆的球体?
最早的千克其实是由长度单位米推导出来的,在温度大概4度时,1立方分米纯水在最大密度时的质量,就定为1千克。但是水是液态的,不方便使用,也不方便作为标准保存。所以人们做出了千克原器,实际上就是一种铂金合金的圆柱体,形状可以大概理解成我们见过的砝码或者秤砣,当然精度肯定比砝码或者秤砣高很多。
虽然千克原器被层层保护,但是2007年,科学家们在例行检查中发现,有着110多年历史的千克原器轻了50微克左右。50微克误差要在咱们日常生活中,基本没啥影响,因为他也就大约相当于一根头发重量的1/20。但是这个误差对于严谨的科学研究来说,影响就太大了。所以科学家们试图通过别的方案来重新定义1千克。
有个科学研究小组就提出,通过数量明确的硅原子来精确定义千克标准。这样就可以消除质量对于具体实物的依赖,但是想确定硅原子数,你得有硅球体吧?所以科学家就开始了造硅球之路。
显然要造的不是一个简单的硅球,他需要尽可能没有缺陷,纯度尽可能做到最高。这个球不仅仅是纯硅,而且是只有硅的一种同位素硅28,所以他的原材料价格非常昂贵。
那有人可能想问,为什么是造圆的,而不是方的或者其他形状的?这是因为圆比较简单,只需要知道直径就可以计算出我们想要的体积。知道圆球的体积,由于硅原子的间距我们是知道的,所以就可以计算出有多少硅原子,从而达到用硅原子数定义千克标准的目的。
科学家们为了制作完美硅球所需的原材料硅,甚至都用上了前苏联造核武器用的离心机。并且通过多次试验,才形成了硅球的晶体。最终辗转多个国家,通过各种高精设备的一系列研磨,精益求精才得以制造出来。整过过程耗时近5年,设备加原料费用超千万!
如此大制作的硅球到底有多圆?如果地球像这个球一样的话,那么地球上的最高峰和最低谷的差距将不超过14米。可以说这是一个无限接近圆的硅球体,说他是世界上最圆的球体也不为过。他的出现也为千克定义标准带来了新的参照,从这个角度来说,花费超千万也是很值了!
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