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真空真的是空的嗎?

點擊次數:490  信息來源:  發布時間:2019-10-14 23:20:57  【打印此頁】  【關閉

大家在生活中可能經常聽到“抽真空”這個詞,真空指的是低于一個大氣壓力的氣體狀態,在我們的認知中,真空就代表著“真正的虛空”。不過,真空真的空無一物嗎?

真空真的是空的嗎?

真空的概念第一次誕生于1643年,物理學家托里拆利在實驗時,把裝滿水銀的長玻璃管倒扣在同樣裝滿水銀的盆里,發現管中的水銀柱總是降到76cm高,而理論上這段空柱子中應該是不存在任何東西的,包括空氣。托里拆利就把這段空柱稱為真空。

1800年,托馬斯·楊通過雙縫干涉實驗證明了光是一種波。經驗告訴那時的人們,波的傳播需要介質——水波需要水才能傳播,而人與人對話時的聲波也依賴于空氣才能傳播。既然光可以在真空中傳播,那么真空中一定存在一種可以讓光傳播的介質。人們把這種介質稱為“以太”,并假設它無處不在,絕對靜止。但100多年以后,愛因斯坦提出了光速不變原理,建立了狹義相對論,狹義相對論中的諸多理論使得人們相信,以太并不存在。但這并不意味著真空就是“真正的虛空”,相反,量子理論的建立是“真空中什么都沒有”這一理論更大的挑戰。

科學家們經過對原子譜線的觀察發現,真空中有正電子的蹤跡,這也暗示著真空中可能存在多種物理現象。隨著量子電動力學的建立,真空的真面目被進一步揭開。在量子電動力學中,電磁波是量子化的。根據量子動力學的各種研究,科學家們得出結論,真空中并不是空無一物,它充滿了電磁場的量子漲落,也就是說,真空中會隨機地產生少許能量。因此,真空其實是一種“基態”,即能量最低的狀態。能量可以轉移,但總有一部分能量剩余,不能被轉移,維持在一種相對穩定的狀態,這也就是我們所說的“零點能”,它是我們所拿不走的。

真空里有什么?真空并不是空無一物,真空里有量子漲落,還有一系列可觀測的物理效應。某種程度上說,整個20世紀的高能物理學,就是物理學家們在試圖回答“真空中有什么”這個問題。為了解決這個問題,物理學家做出了許多著名的假設,也因此得到了許多重要的結論和定理??梢哉f,高能物理學的發展,離不開真空。


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