“不是所有有价值的东西都能被计算，也不是所有能计算的东西都有价值。” —— 阿尔伯特·爱因斯坦

你或许听说过最近科学家们耗资千万，打造了一个被称为“世界上最圆的球体”。这个球体在某些方面，精确得令人难以置信。然而，这样一个球体究竟有什么用呢？今天，我们一起来揭开这个谜团。

球体的制造与特性

让我们来看看这个球体是如何被制造出来的。这个球体是由纯度高达99.9995%的硅-28制成的，直径为93.75毫米，重量刚好一千克。制造这样一个球体并不是一件容易的事。

制造过程

提纯硅-28：从天然硅中提取出硅-28同位素，确保材料的纯度。为了得到高纯度的硅-28，科研团队采用了同位素分离技术，这是一项耗时耗资的工艺。

制造硅晶体：使用高纯度的硅-28制造出无瑕疵的硅晶体。这一步骤由德国国家计量研究所（Physikalisch-Technische Bundesanstalt, PTB）和澳大利亚精确光学中心（Australian Centre for Precision Optics, ACPO）合作完成，利用一种被称为“区熔法”的技术，确保晶体内部无任何缺陷。

精密打磨：最后，利用极其精密的打磨技术，将硅晶体打磨成完美的球体。为了达到前所未有的圆度，科学家们使用了激光干涉仪测量，确保球体表面的每一个微小部分都符合极高的标准。

这种合作不仅需要精密的技术，还需要科学家们的智慧和耐心。参与这项工作的研究人员包括德国的Peter Becker博士和澳大利亚的Achim Leistner博士，他们在各自的领域都是顶尖的专家。

千克定义的历史与变迁

为了理解这个球体的真正价值，我们需要回顾一下千克定义的历史。

早期定义

最早在1799年，千克被定义为4摄氏度时一立方分米水的质量。然而，这种定义并不方便，也不够精确。

大K的时代

1889年，第一届国际计量大会选定了一个铂铱合金制作的“国际千克原器”，也被称为“大K”，作为千克的标准。这是一个放在巴黎国际计量局（BIPM）的原器，每隔40年就会与世界各地的副本进行比对。

误差的出现

然而，经过一百多年的使用，“大K”的质量出现了大约50微克的误差。这个差异虽然微小，但对科学研究和精密测量来说，却是不可忽视的。

千克的重新定义

2018年，第二十六届国际计量大会决定采用普朗克常数重新定义千克。这一新的定义不再依赖于一个实物原器，而是基于一个物理常数，使得定义更加稳定和精确。普朗克常数的数值被精确测定为6.62607015×10的负34次方焦耳·秒，这一改变确保了千克定义的永久性和稳定性。

球体的用途与重要性

虽然这个硅球体并未直接用于定义千克，但它在检查千克定义的准确性方面起到了重要作用。

检查千克定义的准确性

硅球体的精确质量和体积使得科学家们可以通过阿伏伽德罗常数来计算千克。具体来说，通过测量球体的体积和硅原子的平均体积，科学家们可以确定一个千克中包含多少个硅原子。这种方法提供了一种独立的手段来验证基于普朗克常数的千克定义。

千克定义的重要性

千克不仅是质量的单位，它还影响着其他多个物理量的单位，如力（牛顿）、能量（焦耳）等。千克定义的精确性对尖端科学研究和各种高精度应用至关重要。比如，在制药行业中，药物剂量的精确性直接关系到病人的健康和治疗效果。

硅球方案

早在千克重新定义的讨论阶段，科学家们提出了“硅球方案”，试图通过这种极其精确的硅球体来定义千克。虽然最终未被采纳，但这一方案的提出和研究工作，进一步强调了硅球体在计量学中的独特价值。

球体对科研与计量的潜在影响

这个硅球体不仅仅是一个科技奇迹，它在科研和计量领域有着广泛的潜在应用。它可以作为极其精确的标准工具，用于校准各种高精度测量仪器。科学家们已经在《自然》杂志上发表了多篇论文，讨论硅球体的应用。例如，2017年发表的一篇论文《Avogadro constant and silicon spheres》详细描述了硅球体在确定阿伏伽德罗常数中的应用。

此外，科学家们还在探索将硅球体应用于更广泛的科学领域。例如，利用硅球体的精度来校准天文学中的仪器，可以帮助人类更精确地测量宇宙中的距离和质量，从而揭示宇宙的更多奥秘。