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In der Physik werden Objekte häufig als sphärisch angenähert. Gibt es jedoch tatsächlich perfekt kugelförmige Objekte in der Natur?
Ja, mit einigen Qualifikationsmerkmalen. Zum Beispiel ist ein perfekt isoliertes 4He-Atom im Grundzustand eine perfekte Kugel nach dem Standardmodell der Teilchenphysik. Dies folgt, weil sich der Kern in einem Spin-Null-Zustand befindet und die Elektronen auch an Spin-Null koppeln. In der Quantenmechanik ist ein Spin von Null unter einer Rotation unveränderlich, was bedeutet, dass es sich um eine perfekte Kugel handelt.
Es gab jedoch einige Qualifikationsmerkmale oben. (1) Das Atom muss perfekt isoliert sein. In Wirklichkeit können wir keinen Raumbereich vollständig vor elektrischen, magnetischen und Gravitationsfeldern abschirmen, so dass diese auf einer bestimmten Ebene dazu führen, dass das Atom verzerrt wird. (2) Dies entspricht dem Standardmodell, von dem wir wissen, dass es auf einer bestimmten Ebene zusammenbricht.
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auf makroskopischer Ebene,
Stellen Sie sich eine perfekte Kugel vor
Erstens scheint es nicht wahrscheinlich, dass Sie sie vor jedem anderen Objekt schützen können.
Ihre ungleichmäßige Anziehungskraft auf die Atome wird dies nicht tun Lassen Sie es kugelförmig bleiben.
Was ist, wenn kein heute verfügbares Messgerät diese Ungleichmäßigkeit erkennen kann?
, selbst wenn Sie es – hypothetisch – von der Anziehungskraft jedes Einzelnen entfernen könnten anderes Objekt,
die Schwerkraft der Erde wird noch da sein
Sie müssen diese Kugel irgendwo im Weltraum
ungleichmäßigen Gravitationseffekt auf verschiedene Punkte von vorbereiten Die Kugel wird dazu führen, dass sie von der perfekten Sphärizität abweicht.
Antwort
Diese Frage führt mich über ein halbes Jahrhundert zurück.
Das heißt, zu Beginn meiner Dissertation Forschung – ein Experiment über die magnetischen Eigenschaften einer bestimmten seltenen EA Als Verbindung, die zu dieser Zeit nur ein geringes theoretisches Interesse hatte, benötigte ich für mein geplantes Experiment winzige polierte Einkristallkugeln des Materials. Das Problem war natürlich, dass es noch nicht veröffentlicht wurde (zumindest das , das ich finden konnte) jede Forschung an Einkristallen dieser Seltenerdverbindung – geschweige denn an Einkristallkugeln. Es ist nicht so, dass ich nur Proben bestellen könnte.
Nach vielen verschiedenen fehlgeschlagenen Methoden konnte ich diese Verbindung, Europiumselenid, endlich synthetisieren – (und gleichzeitig unser brandneues Physikgebäude mit Wasserstoffselenidgas füllen kleine Stunden eines Morgens, aber das ist eine andere Geschichte) – und siehe da, diese Probe enthielt winzige Kristallite, und die Röntgenbeugung bestätigte, dass es das richtige Material war. Die gute Nachricht dabei war, dass ich winzige winzige Kristalle brauchte, größere hätten nicht geholfen. Die schlechte Nachricht war natürlich, dass ich Kugeln brauchte, keine winzigen Stücke.
Ein Kollege und ich entwickelten einen winzigen kleinen Becher, in den ich einige dieser Kristallite legen und dann hoffen konnte, dass ich sie fallen ließ ein oder zwei oder drei Tage, vielleicht, möglicherweise, einer oder mehrere würden in Kugeln fallen – so wie Flussfelsen im Laufe der Zeit glatt und rund werden. Und wenn ich das oft genug tat und genug damit experimentierte und sehr vorsichtig und selektiv war, würde ich vielleicht einen oder mehrere dieser Kristalle zu Kugeln formen lassen – ohne dass sie sich von all dem Taumeln lösen würden.
Wenn ich dachte, ich hätte etwas Nützliches, könnte ich sie in eine Petrischale legen und sehen, ob sie reibungslos herumrollen. Wenn einer von ihnen dies tun würde, würde ich diese -Kristalle unter einem Binokularmikroskop untersuchen, um festzustellen, ob sie kugelförmig sind. Wenn es so wäre, könnte ich sie sogar durch das Mikroskop fotografieren, um Messungen zu erhalten – drehen Sie sie und fotografieren Sie sie erneut. Die allerbesten Proben waren ziemlich gut – nicht perfekte Kugeln, wohlgemerkt – aber ziemlich gut – mit ihren größten und kleinsten Durchmessern, die sich nur um etwa 1\% unterscheiden. Nicht schlecht, da ihre Durchmesser nur etwa einen Zehntel Millimeter betrugen – ungefähr so dick wie die Dicke eines menschlichen Haares.
Siehe – eine Einkristallkugel mit einem Durchmesser von 0,1 mm aus EuSe:
Selbst mit dem Stipendium eines Forschungsassistenten vor über fünfzig Jahren wäre der Preis pro Pfund dieser Kugel – ein winziger Punkt in einer Petrischale – gewesen ziemlich steil!
Wenn Sie sich auf ein experimentelles Forschungsprojekt begeben, wissen Sie nie, worauf Sie sich einlassen werden.