天文科普:宇宙中没有真空,那么真空到底是什么?
来源:科学信仰
发布时间:2022-07-13
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“真空”这个词,你我并不陌生,甚至可以说在我们的身边几乎随处可见,比如超市购买的真空包装食品、日常使用的真空密封袋等等。

这些以“真空”冠名的东西是真正意义上的真空吗?当然不是,而且它们与真正意义上的真空可是差了十万八千里。真正意义上的真空指的是一个不存在任何具有能量和动量粒子的空间。仔细品味这句话,你马上就会意识到“真正意义上的真空”是绝对不可能存在的。因为具有能量和动量的粒子不仅包含了构成常见物质的各类原子与分子,还包括了光子,乃至中微子,总而言之,真空中就是什么也不能有。没有光子还好说,没有中微子,那几乎是不可能的。

中微子与光子一样,是构成物质的基本粒子,属于轻子的一种。

中微子很小很小,所以宏观世界的所有物质对于它而言几乎都是透明的,当然也包括我们的身体。你可能不知道,每秒钟大约就有1000万亿个来自太阳的中微子从我们的身体穿插而过,而我们并不会有丝毫的感知。由此可见,你想要打造一个空间,让其中连中微子都没有,那几乎是不可能的,所以真正意义上的真空是不存在的,不仅人类无法打造出这样的空间,在宇宙中的任何一个地方,也不可能存在这样的空间。所以我们只能降低对真空的要求,将气压远低于标准大气压的空间称之为真空。

即便我们降低了对于真空的要求,但要想打造一个真空的空间仍旧是一件困难的事情。

科学与神学的观点在大多数情况下都是对立的,但在真空的问题上却是出奇的相似,西方神学思想认为恶魔会出现在真空里,所以上帝极其厌恶真空,只要出现了真空,就会立刻用其它物质将其填满,所以真空不会存在,即便出现了真空,也会很快消失。神学的观点有些离奇,但结论却与事实高度相似,在现实世界想要打造一个真空空间的确非常困难。打造真空空间的难度与想要使之达到的真空度存在着密切的关系,1个标准大气压为101325Pa,而压强在100Pa以上的真空空间被称为“低真空”,这样的真空只需要通过抽气便能够实现。

压强在0.1Pa到100Pa之间的空间被称为中真空,而0Pa到0.1Pa之间被称为高真空,无论是低真空、中真空,还是高真空,都可以通过抽气来实现,工具就是我们所熟悉的真空泵。

当然,抽气并不是打造真空空间的唯一方法,还可以通过化学反应的方式来辅助打造真空空间,比如把某一空间内的特殊气体通过化学反应的方式转化为固体,由于固体物质的密度更大,所以密闭的空间内便形成了一定的真空。现在让我们思考这样一个问题,如果不考虑光子和中微子这些基本粒子,只考虑气体分子,是否能打造一个完全的真空空间呢?仍旧不行。

先不说我们是否能够把一个密闭空间内的所有气体分子都抽得一干二净,即便我们做到了,很快我们就会发现这个空间中又有了新的气体分子。

为什么会这样呢?任何一个密闭的空间都是由物质所构成的,不论这个空间的外壁是由何种物质所打造的,当其内部的大气压力降低到一定程度的时候,外壁中的分子物质就会像气体分子一样扩散出来。这就像神学思想中所说的那样,上帝厌恶真空,一旦出现了真空,他马上会用其它物质对其进行填补。人类无法打造出真空空间,宇宙同样也不行。

宇宙是空旷的,特别是远离各个星系的区域,物质的密度是极低的。

在这些空旷的宇宙区域,几乎测量不到任何的压强,它无限接近于真空,但绝对不是真正意义的真空。宇宙的平均温度在零下270摄氏度以下,与绝对零度的-273.15℃还有一定距离。有人说只有真空才能达到绝对零度,其实这种说法并不正确。温度的本质就是运动,运动越快,温度就越高,而运动是物质的本质属性,只要有物质,就存在着运动,也就有温度,所有有物质存在的地方就不可能出现绝对零度。那么没有物质的真空空间呢?真空里什么也没有,既然什么也没有,自然也就没有温度可言,所以真空并不是绝对零度,而是没有温度。



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