天文科普:宇宙中沒有真空,那么真空到底是什么?
發(fā)布時(shí)間:2022-07-13
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“真空”這個詞,你我并不陌生,甚至可以說在我們的身邊幾乎隨處可見,比如超市購買的真空包裝食品、日常使用的真空密封袋等等。

這些以“真空”冠名的東西是真正意義上的真空嗎?當(dāng)然不是,而且它們與真正意義上的真空可是差了十萬八千里。真正意義上的真空指的是一個不存在任何具有能量和動量粒子的空間。仔細(xì)品味這句話,你馬上就會意識到“真正意義上的真空”是絕對不可能存在的。因?yàn)榫哂心芰亢蛣恿康牧W硬粌H包含了構(gòu)成常見物質(zhì)的各類原子與分子,還包括了光子,乃至中微子,總而言之,真空中就是什么也不能有。沒有光子還好說,沒有中微子,那幾乎是不可能的。

中微子與光子一樣,是構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子,屬于輕子的一種。

中微子很小很小,所以宏觀世界的所有物質(zhì)對于它而言幾乎都是透明的,當(dāng)然也包括我們的身體。你可能不知道,每秒鐘大約就有1000萬億個來自太陽的中微子從我們的身體穿插而過,而我們并不會有絲毫的感知。由此可見,你想要打造一個空間,讓其中連中微子都沒有,那幾乎是不可能的,所以真正意義上的真空是不存在的,不僅人類無法打造出這樣的空間,在宇宙中的任何一個地方,也不可能存在這樣的空間。所以我們只能降低對真空的要求,將氣壓遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的空間稱之為真空。

即便我們降低了對于真空的要求,但要想打造一個真空的空間仍舊是一件困難的事情。

科學(xué)與神學(xué)的觀點(diǎn)在大多數(shù)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(xué)思想認(rèn)為惡魔會出現(xiàn)在真空里,所以上帝極其厭惡真空,只要出現(xiàn)了真空,就會立刻用其它物質(zhì)將其填滿,所以真空不會存在,即便出現(xiàn)了真空,也會很快消失。神學(xué)的觀點(diǎn)有些離奇,但結(jié)論卻與事實(shí)高度相似,在現(xiàn)實(shí)世界想要打造一個真空空間的確非常困難。打造真空空間的難度與想要使之達(dá)到的真空度存在著密切的關(guān)系,1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為101325Pa,而壓強(qiáng)在100Pa以上的真空空間被稱為“低真空”,這樣的真空只需要通過抽氣便能夠?qū)崿F(xiàn)。

壓強(qiáng)在0.1Pa到100Pa之間的空間被稱為中真空,而0Pa到0.1Pa之間被稱為高真空,無論是低真空、中真空,還是高真空,都可以通過抽氣來實(shí)現(xiàn),工具就是我們所熟悉的真空泵。

當(dāng)然,抽氣并不是打造真空空間的唯一方法,還可以通過化學(xué)反應(yīng)的方式來輔助打造真空空間,比如把某一空間內(nèi)的特殊氣體通過化學(xué)反應(yīng)的方式轉(zhuǎn)化為固體,由于固體物質(zhì)的密度更大,所以密閉的空間內(nèi)便形成了一定的真空?,F(xiàn)在讓我們思考這樣一個問題,如果不考慮光子和中微子這些基本粒子,只考慮氣體分子,是否能打造一個完全的真空空間呢?仍舊不行。

先不說我們是否能夠把一個密閉空間內(nèi)的所有氣體分子都抽得一干二凈,即便我們做到了,很快我們就會發(fā)現(xiàn)這個空間中又有了新的氣體分子。

為什么會這樣呢?任何一個密閉的空間都是由物質(zhì)所構(gòu)成的,不論這個空間的外壁是由何種物質(zhì)所打造的,當(dāng)其內(nèi)部的大氣壓力降低到一定程度的時(shí)候,外壁中的分子物質(zhì)就會像氣體分子一樣擴(kuò)散出來。這就像神學(xué)思想中所說的那樣,上帝厭惡真空,一旦出現(xiàn)了真空,他馬上會用其它物質(zhì)對其進(jìn)行填補(bǔ)。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(yuǎn)離各個星系的區(qū)域,物質(zhì)的密度是極低的。

在這些空曠的宇宙區(qū)域,幾乎測量不到任何的壓強(qiáng),它無限接近于真空,但絕對不是真正意義的真空。宇宙的平均溫度在零下270攝氏度以下,與絕對零度的-273.15℃還有一定距離。有人說只有真空才能達(dá)到絕對零度,其實(shí)這種說法并不正確。溫度的本質(zhì)就是運(yùn)動,運(yùn)動越快,溫度就越高,而運(yùn)動是物質(zhì)的本質(zhì)屬性,只要有物質(zhì),就存在著運(yùn)動,也就有溫度,所有有物質(zhì)存在的地方就不可能出現(xiàn)絕對零度。那么沒有物質(zhì)的真空空間呢?真空里什么也沒有,既然什么也沒有,自然也就沒有溫度可言,所以真空并不是絕對零度,而是沒有溫度。



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