题目

真空指在什么状态下?

提问时间：2020-12-19

答案

真空
vacuum
本指没有任何实物粒子存在的空间,但什么都没有的空间是不存在的.而假设你把一个空间的气体都赶跑,会发现还是不时有基本粒子在真空中出现又消失,无中生有.物理上的真空实际上是一片不停波动的能量之海.当能量达到波峰,能量转化为一对对正反基本粒子,当能量达到波谷,一对对正反基本粒子又相互湮灭,转化为能量.
工业上的真空指的是气压比一标准大气压小的气体空间,是指稀薄的气体状态,又可分为高真空、中真空和低真空,地球以及星球中间的广大太空就是真空.一般是用特制的抽气机得到真空的.它的气体稀薄程度用真空计测定,现在已能用分子抽气机和扩散抽气机得到1/1011大气压的高真空.真空在科学技术,电真空仪器,电子管和其他电子仪器方面,都有很大用途.
按其词源本义是虚空,即一无所有的空间；按现代物理的观点,真空不空,其中包含着极为丰富的物理内容.
人类关于真空的认识经历了几次根本的变革和反复.古希腊德谟克利特的原子论认为所有的物质都是由原子组成,原子之外就是虚空.17世纪R.笛卡儿提出以太漩涡说,认为空间充满了以太,并用以说明行星的运动.不久I.牛顿建立以运动三定律和万有引力定律为基石的牛顿力学,成功地解决了行星绕日运动问题,引力被认为是超距作用的,无需以太作为传递媒介,从而否定了以太论.19世纪发现光的波动性,认为波的传播必须依靠介质,特别是后来发现了电磁场的波动性,以太论再度兴起,认为宇宙中不论何时何地,任何物体内无不充满了以太,光和电磁波被解释为以太的机械振动.后来虽然在观念上有所变化,把光和电磁波看成电磁场的振动,但以太仍然保留着某种绝对的性质,它可以看成是描述万物运动的绝对静止的参考系.19世纪末20世纪初各种试图探测地球相对于以太运动速度的实验均告失败,A.爱因斯坦建立狭义相对论,再次否定了这种作为绝对静止以太的存在.稍后,爱因斯坦在用场论观点研究引力现象时,已经认识到空无一物的真空观念是有问题的,他曾提出真空是引力场的某种特殊状态的想法.
首先给予真空崭新物理内容的是P.A.M.狄拉克.狄拉克于1930年为了摆脱狄拉克方程负能解的困境,提出真空是充满了负能态的电子海.当负能态的电子吸收了足够的能量跃迁到正能态成为普通电子时,电子海中才能留下可观测的空穴,即正电子.从体系的能量角度考查,这种情况比只有电子海的真空状态要高,因此真空就是能量最低的状态.从现代量子场论的观点看,每一种粒子对应于一种量子场,粒子就是对应的场量子化的场量子.当空间存在某种粒子时,表明那种量子场处于激发态；反之不存在粒子时,就意味着场处于基态.因此,真空是没有任何场量子被激发的状态,或者说真空是量子场系统的基态.
关于真空的近代认识不再是哲学上的思辨,而是可通过实验来检验的.有不少现象都需要用真空的近代观念予以说明.例如氢原子能级的兰姆移位和电子的反常磁矩,实验上已经以非常高的精度证实了真空极化的效应；高能正负电子对撞湮没为高能光子,反之高能光子可使真空激发出大量的粒子,也是很好的明证.对于真空的认识尚属初级探索阶段,物理学家还在探索真空自发破缺和真空相变等问题,必将推动物理学的进一步发展.
真空具有如下性质：1、空非无,并非什么都没有,它是所有粒子共同的基态,可以这么说,粒子就被激发的真空,真空就是未被激发的粒子,粒子的存在就体现于可以被作用,或者更确切的说,粒子就是一种作用,如果粒子不能被作用,那么就可以说它是真空,任何脱离真空的所谓绝对的孤立的粒子是不存在的,真空时刻都处于一种动态的平衡中,粒子的每一个变化都离不开与真空的互动,粒子和真空的互动是无时无刻都在进行中的,任何绝对静止的物质是不存在的,粒子的本质在于自身的空性.2、真空存在极性,因此说真空是不对称的.但这种不对称是相对局部的,在相对整体上又是对称的,如此的循环嵌套构成了真空的这个性质.3、真空的每个局部具备了真空的全体性质.大和小是相对而言的.时间也是相对于空间而言的,时间不能脱离了具体的空间而单独的存在.