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世界上存在完美的球体吗?科学家打造的最完美球体,仍然有偏差

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综述

不管是在数学还是物理研究中,我们对球体的设定都是完美的,这里的完美指的是其规则程度,理论上的几何永远是以数据为基础的,所以不会存在偏差的问题。

但是在现实当中就不一样了,别说是球体,就连最基础的几何结构也很难做到说完全规则,不过人类最喜欢的就是挑战不可能,无论如何,我们还是希望能够打造出一个完美的球体,不过目前看来,距离科学家们实现这个目标还有很远一段距离。

完美球体

完美球体的项目是多国合作的结果,以美国为首,包括日本、意大利在内的科学家团队都参与到了这个实验当中,这么大的阵仗其实乍一看挺令人费解的。

在我们看来,要想做出一个完美的球体无非就是要不断精心打磨,这里多了就去掉一点,那里少了就补上一点,似乎没有什么难度,但是实际操作起来却并没有这么简单,科学家要做的不仅仅是在某一个范围内的完美,而是无限接近理论上的完美

比如我们会觉得从球心到球面的距离都是10厘米或者20厘米就是完美球体了,但是厘米后面其实还有更细微的距离,当然这个距离也跟球体本身所使用的材料有关,越是密度高纯度高的材料,就越有利于科学家们实现完美的要求。

所以在制作这个球体之前,光是在材料的选择上,就耗费了他们不少精力,最终选择的是一种名为硅28的物质。

甚至为了获得更高的纯度,他们又重新对这些硅28进行了提纯,因为手边没有适合的器材,又费尽周折把前苏联用来研制核武器的机器找了出来,不过最后也没有实现原本设定的目标。

但是实验还是要继续,在将硅28变成晶体之后,这个球体的雏形也慢慢有了,这之后最重要的工作就是打磨。

可别小看这个环节,在最终被安置在澳大利亚之前,它先后在好几个国家的实验室里面待过,采用了不同的方案进行细化,跟最初的模型比起来精度已经大大提高了,但是在测量结果出来之后,还是跟完美差了很多。

至少在科学家的眼里,它依然是非常不规则的状态,虽然在当时而言,这个球体的精确度绝对已经是世界领先水平甚至第一的了。

有一个方法可以很直观地向我们展示这个球体的不规则程度,那就是等比放大,虽然只是一个直径不到10厘米的物体,误差也小得微乎其微,但是如果把它放大到和地球一样的大小,这个误差也会不断增加,结果可能是几米甚至几十米,而如果真的是完美球体,是不会出现这样的情况的。

但是也有人会问,为什么非要在现实中制造出来一个完美的几何体呢?这样做的意义是什么呢?至少在应用的层面上,我们没有必要做到这一步。

学生在地理课上用的地球仪不需要完美球体,孩子们练习智力的积木也不需要完美球体,甚至在要求更高的工程建筑领域也没有这种程度的需要,投入这么多的人力物力和财力,似乎不是那么有必要,或者根本就是一种浪费,那么为什么还要这么做呢?

1千克的标准

其实完美球体项目一开始的目的就不是为了追求规则本身,而是要定义另外一个东西,那就是重量。

1千克的标准值如何无限接近准确,我们很难用电子秤来完成衡量,最好的办法就是迂回战术,用一个球体来帮助我们进行这个趋近的过程。

其实我们生活当中使用的各种度量衡都有一个这样的参考标准,不管是一米,一秒,还是一千克,都是有对照的,因为长度、时间和质量这样一些量度并不是固定不变的。

虽然在理论上是这样,但是现实生活中的物体会受到温度、压强以及空间变化的影响,产生细微的误差,如果这样的状态在某一个时刻之后成为常态,我们就必须针对性地做出调整,否则误差累积起来之后,很有可能就会对人类正常的生产生活造成影响。

那么如果要在现实中实现完美球体的目标,需要做到哪一步呢?

有一些说法认为,一个球体和理论上的数值之间如果误差不超过10个纳米单位,那么它就可以被认为是完美无缺的。

但是要知道,10个纳米基本上意味着只有40多个原子并排的长度,要做到这一步对于科学家来说绝对是微观级别的挑战。但是还需要考虑到这样一种情况,那就是我们的完美球体即便真的做出来,也不是长久能够保持的状态。

因为只要是身处现实环境中的物体,都会受到外部因素的影响,从而改变自己的形态。

虽然我们的肉眼不能洞察这些变化,但是一旦放在显微镜下,这种情形就暴露无遗了,所以如果真的制作出来这样的物体,也必须保存在一个不会对其产生影响的环境当中,与真实的物理环境隔绝开来,否则就会前功尽弃。

结语

总而言之,完美球体的目标不是完美本身,而是有实际的应用意义的,它就像国际计量大会用光速来定义的一米的长度一样,是一种理论与现实之间不断试图靠近的尝试,还是非常有价值的。

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