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“真空”這個(ge) 詞,你我並不陌生,甚至可以說在我們(men) 的身邊幾乎隨處可見,比如超市購買(mai) 的真空包裝食品、日常使用的真空密封袋等等。
這些以“真空”冠名的東(dong) 西是真正意義(yi) 上的真空嗎?當然不是,而且它們(men) 與(yu) 真正意義(yi) 上的真空可是差了十萬(wan) 八千裏。真正意義(yi) 上的真空指的是一個(ge) 不存在任何具有能量和動量粒子的空間。仔細品味這句話,你馬上就會(hui) 意識到“真正意義(yi) 上的真空”是絕對不可能存在的。因為(wei) 具有能量和動量的粒子不僅(jin) 包含了構成常見物質的各類原子與(yu) 分子,還包括了光子,乃至中微子,總而言之,真空中就是什麽(me) 也不能有。沒有光子還好說,沒有中微子,那幾乎是不可能的。
中微子與(yu) 光子一樣,是構成物質的基本粒子,屬於(yu) 輕子的一種。
中微子很小很小,所以宏觀世界的所有物質對於(yu) 它而言幾乎都是透明的,當然也包括我們(men) 的身體(ti) 。你可能不知道,每秒鍾大約就有1000萬(wan) 億(yi) 個(ge) 來自太陽的中微子從(cong) 我們(men) 的身體(ti) 穿插而過,而我們(men) 並不會(hui) 有絲(si) 毫的感知。由此可見,你想要打造一個(ge) 空間,讓其中連中微子都沒有,那幾乎是不可能的,所以真正意義(yi) 上的真空是不存在的,不僅(jin) 人類無法打造出這樣的空間,在宇宙中的任何一個(ge) 地方,也不可能存在這樣的空間。所以我們(men) 隻能降低對真空的要求,將氣壓遠低於(yu) 標準大氣壓的空間稱之為(wei) 真空。
即便我們(men) 降低了對於(yu) 真空的要求,但要想打造一個(ge) 真空的空間仍舊是一件困難的事情。
科學與(yu) 神學的觀點在大多數情況下都是對立的,但在真空的問題上卻是出奇的相似,西方神學思想認為(wei) 惡魔會(hui) 出現在真空裏,所以上帝極其厭惡真空,隻要出現了真空,就會(hui) 立刻用其它物質將其填滿,所以真空不會(hui) 存在,即便出現了真空,也會(hui) 很快消失。神學的觀點有些離奇,但結論卻與(yu) 事實高度相似,在現實世界想要打造一個(ge) 真空空間的確非常困難。打造真空空間的難度與(yu) 想要使之達到的真空度存在著密切的關(guan) 係,1個(ge) 標準大氣壓為(wei) 101325Pa,而壓強在100Pa以上的真空空間被稱為(wei) “低真空”,這樣的真空隻需要通過抽氣便能夠實現。
壓強在0.1Pa到100Pa之間的空間被稱為(wei) 中真空,而0Pa到0.1Pa之間被稱為(wei) 高真空,無論是低真空、中真空,還是高真空,都可以通過抽氣來實現,工具就是我們(men) 所熟悉的真空泵。
當然,抽氣並不是打造真空空間的唯一方法,還可以通過化學反應的方式來輔助打造真空空間,比如把某一空間內(nei) 的特殊氣體(ti) 通過化學反應的方式轉化為(wei) 固體(ti) ,由於(yu) 固體(ti) 物質的密度更大,所以密閉的空間內(nei) 便形成了一定的真空。現在讓我們(men) 思考這樣一個(ge) 問題,如果不考慮光子和中微子這些基本粒子,隻考慮氣體(ti) 分子,是否能打造一個(ge) 完全的真空空間呢?仍舊不行。
先不說我們(men) 是否能夠把一個(ge) 密閉空間內(nei) 的所有氣體(ti) 分子都抽得一幹二淨,即便我們(men) 做到了,很快我們(men) 就會(hui) 發現這個(ge) 空間中又有了新的氣體(ti) 分子。
為(wei) 什麽(me) 會(hui) 這樣呢?任何一個(ge) 密閉的空間都是由物質所構成的,不論這個(ge) 空間的外壁是由何種物質所打造的,當其內(nei) 部的大氣壓力降低到一定程度的時候,外壁中的分子物質就會(hui) 像氣體(ti) 分子一樣擴散出來。這就像神學思想中所說的那樣,上帝厭惡真空,一旦出現了真空,他馬上會(hui) 用其它物質對其進行填補。人類無法打造出真空空間,宇宙同樣也不行。
宇宙是空曠的,特別是遠離各個(ge) 星係的區域,物質的密度是極低的。
在這些空曠的宇宙區域,幾乎測量不到任何的壓強,它無限接近於(yu) 真空,但絕對不是真正意義(yi) 的真空。宇宙的平均溫度在零下270攝氏度以下,與(yu) 絕對零度的-273.15℃還有一定距離。有人說隻有真空才能達到絕對零度,其實這種說法並不正確。溫度的本質就是運動,運動越快,溫度就越高,而運動是物質的本質屬性,隻要有物質,就存在著運動,也就有溫度,所有有物質存在的地方就不可能出現絕對零度。那麽(me) 沒有物質的真空空間呢?真空裏什麽(me) 也沒有,既然什麽(me) 也沒有,自然也就沒有溫度可言,所以真空並不是絕對零度,而是沒有溫度。
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