通过创造世界上最圆的物体,千克被重新定义

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标准计量单位(至少是国际单位制)即将被“重新定义”。不,这可能不是你的错,因为你之前没有听说过这个想法,因为这个想法还在酝酿中。但这种对千克的“重新定义”带来了另一个有趣的对象;那是世界上最圆的物体!

澳大利亚的阿伏加德罗项目(Avogadro Project)多年来一直试图解决公斤的问题,而“世界上最圆的物体”的创造是朝着这个方向迈出的又一步。等等,现在公斤有问题了吗?

图片学分:YouTube
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显然是的,因为与其他科学单位不同,千克的定义仍然是基于一个特定的物理对象,而其他科学单位可以根据其固有的自然属性在理论上进行测量。那个物体是一个由铂和铱制成的圆柱体,可以追溯到1889年,由于未知的原因,圆柱体的质量一直在变化。与保存在不同环境中的40个圆柱体的精确复制品相比,它们的重量都不一样;这显然是一个严重的问题。这意味着,虽然所有其他的测量标准都是永久性的,但千克不过是一个物理质量,它躺在巴黎国际标准局(Bureau des Poids et measurement)一个安全的保险库中,不断地变化着它的价值。

图片来源:物理
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因此,为了解决这个难题,澳大利亚精密光学中心的研究人员制作了一个“近乎完美的球体”,它由高度纯净和稳定的硅制成。人们称它为世界上最圆的物体,它是由硅-28原子组成的重达1公斤的球体。制作这幅画所需的原材料价值高达100万欧元;但经过数百工时的精心雕刻;这绝对是无价的。

创造世界上最圆的物体的过程非常有趣,有报道称,两个旋转的转子被用来连续磨它们几个月。在研磨过程结束后,我们用计算机引导的激光测量球体的微小偏差,然后用手进行校正,在所有这些之后,这个圆形的美丽就形成了。

图片来源:cloudfront
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球体是如此的圆,如果我们的地球在理论上有同样的圆,那么地球上最高的山和最低的山谷之间的距离将只有大约14米!试着消化一下吧!

通过计算球的体积和重量,并利用硅球中原子间距的知识,科学家们能够确定物体中硅原子的确切数量;结果大约是2.15 x 10^25个原子。因此,他们可以用这个球体为千克的质量提供一个不变的定义。

它将是不变的,因为球体没有可能被损坏的边缘,因此只有一个维度可以测量(它的直径),很容易计算固定体积。

学分:维基百科
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类似地,另一种方法也被设计出来,以迎合千克的定义问题,它被称为“瓦特平衡”。这个系统本质上是与地球对一公斤的引力和抵消引力所需的力相联系的。

虽然今天我们已经找到了这两种替代的测量公斤的方法,但标准仍然是120多年前的圆柱体。希望有一天,为了科学的正确性,这个精致的圆形球体能取代它的位置。

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