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真空真的是空的吗?

点击次数:171  信息来源:  发布时间:2018-12-13 04:11:40  【打印此页】  【关闭

大家在生活中可能经常听到“抽真空”这个词,真空指的是低于一个大气压力的气体状态,在我们的认知中,真空就代表着“真正的虚空”。不过,真空真的空无一物吗?

真空真的是空的吗?

真空的概念第一次诞生于1643年,物理学家托里拆利在实验时,把装满水银的长玻璃管倒扣在同样装满水银的盆里,发现管中的水银柱总是降到76cm高,而理论上这段空柱子中应该是不存在任何东西的,包括空气。托里拆利就把这段空柱称为真空。

1800年,托马斯·杨通过双缝干涉实验证明了光是一种波。经验告诉那时的人们,波的传播需要介质——水波需要水才能传播,而人与人对话时的声波也依赖于空气才能传播。既然光可以在真空中传播,那么真空中一定存在一种可以让光传播的介质。人们把这种介质称为“以太”,并假设它无处不在,绝对静止。但100多年以后,爱因斯坦提出了光速不变原理,建立了狭义相对论,狭义相对论中的诸多理论使得人们相信,以太并不存在。但这并不意味着真空就是“真正的虚空”,相反,量子理论的建立是“真空中什么都没有”这一理论更大的挑战。

科学家们经过对原子谱线的观察发现,真空中有正电子的踪迹,这也暗示着真空中可能存在多种物理现象。随着量子电动力学的建立,真空的真面目被进一步揭开。在量子电动力学中,电磁波是量子化的。根据量子动力学的各种研究,科学家们得出结论,真空中并不是空无一物,它充满了电磁场的量子涨落,也就是说,真空中会随机地产生少许能量。因此,真空其实是一种“基态”,即能量最低的状态。能量可以转移,但总有一部分能量剩余,不能被转移,维持在一种相对稳定的状态,这也就是我们所说的“零点能”,它是我们所拿不走的。

真空里有什么?真空并不是空无一物,真空里有量子涨落,还有一系列可观测的物理效应。某种程度上说,整个20世纪的高能物理学,就是物理学家们在试图回答“真空中有什么”这个问题。为了解决这个问题,物理学家做出了许多著名的假设,也因此得到了许多重要的结论和定理。可以说,高能物理学的发展,离不开真空。


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