真空是指沒有任何實(shí)物粒子存在的空間,地球以及星球中間的廣大太空就是真空.物理學(xué)上的真空,是指稀薄的氣體狀態(tài),又可分為高真空、中真空和低真空.一般是用特制的抽氣機(jī)得到真空的.它的氣體稀薄程度用真空計(jì)測(cè)定,現(xiàn)在已能用分子抽氣機(jī)和擴(kuò)散抽氣機(jī)得到1/1011大氣壓的高真空.真空在科學(xué)技術(shù),電真空儀器,電子管和其他電子儀器方面,都有很大用途.
真空
vacuum
按其詞源本義是虛空,即一無所有的空間；按現(xiàn)代物理
的觀點(diǎn),真空不空,其中包含著極為豐富的物理內(nèi)容.
人類關(guān)于真空的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了幾次根本的變革和反復(fù).古希臘德謨克利特的原子論認(rèn)為所有的物質(zhì)都是由原子組成,原子之外就是虛空.17世紀(jì)R.笛卡兒提出以太漩渦說,認(rèn)為空間充滿了以太,并用以說明行星的運(yùn)動(dòng).不久I.牛頓建立以運(yùn)動(dòng)三定律和萬有引力定律為基石的牛頓力學(xué),成功地解決了行星繞日運(yùn)動(dòng)問題,引力被認(rèn)為是超距作用的,無需以太作為傳遞媒介,從而否定了以太論.19世紀(jì)發(fā)現(xiàn)光的波動(dòng)性,認(rèn)為波的傳播必須依靠介質(zhì),特別是后來發(fā)現(xiàn)了電磁場(chǎng)的波動(dòng)性,以太論再度興起,認(rèn)為宇宙中不論何時(shí)何地,任何物體內(nèi)無不充滿了以太,光和電磁波被解釋為以太的機(jī)械振動(dòng).后來雖然在觀念上有所變化,把光和電磁波看成電磁場(chǎng)的振動(dòng),但以太仍然保留著某種絕對(duì)的性質(zhì),它可以看成是描述萬物運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)靜止的參考系.19世紀(jì)末20世紀(jì)初各種試圖探測(cè)地球相對(duì)于以太運(yùn)動(dòng)速度的實(shí)驗(yàn)均告失敗,A.愛因斯坦建立狹義相對(duì)論,再次否定了這種作為絕對(duì)靜止以太的存在.稍后,愛因斯坦在用場(chǎng)論觀點(diǎn)研究引力現(xiàn)象時(shí),已經(jīng)認(rèn)識(shí)到空無一物的真空觀念是有問題的,他曾提出真空是引力場(chǎng)的某種特殊狀態(tài)的想法.
首先給予真空嶄新物理內(nèi)容的是P.A.M.狄拉克.狄拉克于1930年為了擺脫狄拉克方程負(fù)能解的困境,提出真空是充滿了負(fù)能態(tài)的電子海.當(dāng)負(fù)能態(tài)的電子吸收了足夠的能量躍遷到正能態(tài)成為普通電子時(shí),電子海中才能留下可觀測(cè)的空穴,即正電子.從體系的能量角度考查,這種情況比只有電子海的真空狀態(tài)要高,因此真空就是能量最低的狀態(tài).從現(xiàn)代量子場(chǎng)論的觀點(diǎn)看,每一種粒子對(duì)應(yīng)于一種量子場(chǎng),粒子就是對(duì)應(yīng)的場(chǎng)量子化的場(chǎng)量子.當(dāng)空間存在某種粒子時(shí),表明那種量子場(chǎng)處于激發(fā)態(tài)；反之不存在粒子時(shí),就意味著場(chǎng)處于基態(tài).因此,真空是沒有任何場(chǎng)量子被激發(fā)的狀態(tài),或者說真空是量子場(chǎng)系統(tǒng)的基態(tài).
關(guān)于真空的近代認(rèn)識(shí)不再是哲學(xué)上的思辨,而是可通過實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)的.有不少現(xiàn)象都需要用真空的近代觀念予以說明.例如氫原子能級(jí)的蘭姆移位和電子的反常磁矩,實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)以非常高的精度證實(shí)了真空極化的效應(yīng)；高能正負(fù)電子對(duì)撞湮沒為高能光子,反之高能光子可使真空激發(fā)出大量的粒子,也是很好的明證.對(duì)于真空的認(rèn)識(shí)尚屬初級(jí)探索階段,物理學(xué)家還在探索真空自發(fā)破缺和真空相變等問題,必將推動(dòng)物理學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展.
真空具有如下性質(zhì)：真空非無,并非什么都沒有,它是所有粒子共同的基態(tài),可以這么說,粒子就被激發(fā)的真空,真空就是未被激發(fā)的粒子,粒子的存在就體現(xiàn)于可以被作用,或者更確切的說,粒子就是一種作用,任何脫離真空的所謂絕對(duì)的孤立的粒子是不存在的,真空時(shí)刻都處于一種動(dòng)態(tài)的平衡中,粒子的每一個(gè)變化都離不開與真空的互動(dòng),粒子和真空的互動(dòng)是無時(shí)無刻都在進(jìn)行中的,任何絕對(duì)靜止的物質(zhì)是不存在的,粒子的本質(zhì)在于的空性.