Вот самый круглый объект в мире, и он на самом деле очень важен (и дорогой)

Вероятно, вас никогда не интересовало, как выглядит самая круглая вещь в мире. Наверное, какой-то шарик и все на этом. Теперь мы скажем, что самая круглая вещь в мире, очевидно, создана людьми, она чрезвычайно дорога (что аж бесценна), а также чрезвычайно полезна (для ученых... вряд ли вам понадобится идеальный шар в повседневной жизни).

• Даже здесь обман: почему апельсины и мандарины продаются в красных сетках

Детали

Самыми круглыми объектами в мире являются кремниевые сферы Международного проекта Авогадро. Их семь штук, и они разбросаны по разным уголкам мира. Каждая из них имеет уникальную, почти невозможно идеальную форму, созданную международным конгломератом ученых и правительственных организаций, и они были созданы с целью: изменить мир на фундаментальном уровне.

Насколько эти шары круглые? Насколько вообще что-то круглое? К примеру, наша планета довольно круглая и гладкая. Если увеличить бильярдный шар до размера Земли, то его неровности были бы глубже глубочайших каньонов планеты, и значительно выше наших гор. Что касается кремниевого шара, то размером с Землю расстояние между самой высокой горой и глубоким океаном составляло бы всего 3–5 метров. Но зачем созданы эти штуки?

Проект Авогадро направлен на использование идеальных кремниевых сфер для точного определения значения константы Авогадро (фундаментальной физической константы). Целью создания идеальных шаров было переопределить килограмм в терминах постоянной Авогадро. Зачем нам переопределять килограмм? На это есть веская причина.

Еще в 18 веке, когда метрическая система только возникла, первые определения базировались на природном мире: метр должен был равняться одной 10-миллионной части расстояния между Северным полюсом и экватором, измеренной вдоль линии, проходящей через Париж; литр должен быть объемом 1/1000 кубического метра воды, измеренным по точке таяния льда; а килограмм будет являться массой этой воды в вакууме.

Закрепив эти определения, Французская академия наук взялась за то, чтобы сделать их официальными. В 1799 году они заказали физические объекты для иллюстрации единиц: платиновый слиток длиной ровно один метр и цилиндр весом ровно один килограмм. Через некоторое время эти меры стали популярны в мире, и в 1875 году Договор о метре был подписан 17 странами для создания Генеральной конференции по мерам и весам.

Однако была одна проблема, которую в то время не понимали: эта система полностью базировалась на физических объектах. Окружность Земли, возможно, казалась неизменной природной константой для создателей метрической системы, но на самом деле она постоянно меняется. Все пошло не так с самого начала, поскольку ученые, которым было поручено определить длину, ошиблись на 0,2 миллиметра и никто никогда не исправлял окончательную цифру.

Именно по этой и другим причинам в 20 веке люди стали выступать за переопределение единиц в соответствии с более точными естественными константами. Метр был определен в терминах первой длины волны разных частот света, а в конце концов в 1983 году как "длина пути, который проходит свет в вакууме за 1/299 792 458 секунды" (именно благодаря этому мы знаем точную скорость света).

Секунда была определена как "продолжительность 9 192 631 770 периодов излучения, что соответствует переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133". Температура должна была быть установлена ​​на постоянную Больцмана, цифру в термодинамике; моль – единица, с помощью которой мы измеряем количество вещества, была зафиксирована как количество вещества 6,022 140 76⋅10²³ частиц, она же число Авогадро. Но самым живущим оказался килограмм, который определяли по тому давнему куску платины.

Проблемой было также, что когда эталонный килограмм создавали, сделали еще 40 копий. Но они не были схожими. Разница была где-то в 50 микрограмм, но для физиков это значительная причина, чтобы найти что-то лучшее.

В 2005 году на 94-м заседании Международного комитета мер и весов была сделана официальная рекомендация о том, что килограмм следует переопределить в соответствии с универсальной константой. Комитет решил, что лучшим вариантом будет использование постоянной Планка, но другие ученые решили оттолкнуться от числа Авогадро, буквально считая атомы в материале.

По сути, план заключался в том, чтобы построить какой-то объект из точно известного количества очень точно известного материала, а затем определить килограмм в соответствии с этим. Может показаться, что вы столкнетесь с той же проблемой, что и раньше, вы определяете единицу на основе физического объекта, но на самом деле это гораздо умнее. Даже если бы кремниевые сферы были потеряны или повреждены, это не повлияло бы на определение килограмма, потому что он определялся бы не физическим объектом, а концепцией.

Со всем тем, если ваше определение международной базовой единицы зависит от подсчета количества атомов в объекте, вы должны быть очень, очень точными в своем учете и именно поэтому сферы должны быть чрезвычайно круглыми (да, наконец, мы до этого дошли).

Сфера была выбрана в качестве идеальной формы, поскольку она не имеет углов или краев, которые могли бы отколоться или сноситься. Также фишка в том, что в совершенной сфере объем можно рассчитать по единому измерению – диаметру.

Кремний был выбран, поскольку уже были зрелые процессы по производству и обработке кремния сверхвысокой чистоты в электронной промышленности. Это также удобно (в научном смысле): известна масса изотопа кремния-28 и регулярные пространственные параметры его кристаллической решетки, что помогает в расчете количества атомов в шаре.

Создание сфер было длительным и всемирным процессом: исследователи должны были "вырастить" кремниевые слитки; затем другая команда отшлифует, разгладит и сформирует их в сферы с точностью до атомного уровня. Эту штуку можно использовать для проверки постоянной Планка (по которой сейчас измеряют килограмм), а на ней базируется вся наша Вселенная.

Ранее Гарвардские ученые допустили, что жизнь на земле могла возникнуть из-за удара молний. Они отмечают, что удары молний стали катализаторами химических реакций, которые привели к созданию первых молекул жизни.