它肩负着重新定义“1千克”这个重量标准的重要任务。这个硅球不是一个人或者一个国家做出来的,它是国际科学界一起努力,在阿伏伽德罗计划里精心打造的核心产品。
这个计划的目标不只是造出一个最圆的球,更重要的是要解决国际单位制里一直存在的一个难题。
以前人们定义1千克是靠一个铂铱合金做的圆柱体,但这个用了139年的千克之王最近出现了质量问题,它的重量变得不稳定了,这对全球计量标准的统一可是个大威胁。
而这个硅球的诞生,就解决了这个问题。它不仅仅是因为做得特别精确才重要,更重要的是它代表了科学家们对极限的挑战,也推动了现代计量学的发展,让它从很小的尺度到很大的尺度都有了革命性的变化。
在19世纪末,人们决定用一块由铂铱合金做的圆柱体来代表1千克,并且把它放在了巴黎。但让人惊讶的是,这块圆柱体的重量并不是一直不变的。
科学家们发现,由于环境污染物附着在上面以及材料内部的微小变化,它的重量会慢慢地有所改变。
虽然这种变化非常小,但对于那些需要非常精确测量的行业是个大问题,毕竟一个国际上的计量标准居然会变轻或变重,这和现代科技的严格要求是完全相反的。
虽然铂铱合金的化学性质很稳定,但它还是会和空气中的水分、二氧化碳发生反应。这种反应虽然每次损失的质量很少,时间一长累积起来就不可忽视了。
而且这种变化是不可逆的,也无法预测。因此科学界不能再接受这种质量标准的不确定性,急需重新定义一个稳定的1千克标准。为了解决这个问题,科学家们开始寻找一种绝对不会随时间变化的基准物体。
德国的一位名叫安德烈亚斯的物理学家提出了一个大胆的想法,利用自然常数来重新定义质量。
他的计划是制造一个完美的硅球,用它来精确地测量阿伏伽德罗常数,并以此为基础来重新定义1千克。
硅的热稳定性和机械强度都非常出色,而且它的化学性质很稳定,可以长时间保存而不会变质。特别是硅-28同位素,更是最适合作为基准物质的候选者。
科学家们认为,如果能提纯硅-28并把它做成一个球体,那么千克基准的漂移问题就能得到彻底的解决。
选择球体作为某些科学装置的形状,并不仅仅因为它看起来美观。从科学的角度来看,球体是一个非常特别的几何形状。
它的表面积和体积都能通过简单的数学公式精确算出来。这样的特点使得在测量时,球体的完美对称性可以大大减少误差。相比之下像立方体或者形状不规则的物体,测量起来就会复杂得多,结果也可能不那么准确。