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真空 vacuum 本指沒有任何實物粒子存在的空間,但什么都沒有的空間是不存在的.而假設(shè)你把一個空間的氣體都趕跑,會發(fā)現(xiàn)還是不時有基本粒子在真空中出現(xiàn)又消失,無中生有.物理上的真空實際上是一片不停波動的能量之海.當(dāng)能量達(dá)到波峰,能量轉(zhuǎn)化為一對對正反基本粒子,當(dāng)能量達(dá)到波谷,一對對正反基本粒子又相互湮滅,轉(zhuǎn)化為能量. 工業(yè)上的真空指的是氣壓比一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓小的氣體空間,是指稀薄的氣體狀態(tài),又可分為高真空、中真空和低真空,地球以及星球中間的廣大太空就是真空.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測定,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. 所以正負(fù)電子對撞機(jī)的作用絕不僅僅是一對正負(fù)電子相撞產(chǎn)生光子和能量那么簡單,一對光子也可以相撞產(chǎn)生一對正負(fù)質(zhì)子之類,而相撞使相撞所處的那部分真空可以激發(fā)到高能態(tài),可以產(chǎn)生更多各式各樣的基本粒子,為研究宇宙的起源和組成服務(wù). 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,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動.不久I.牛頓建立以運動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動問題,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)了電磁場的波動性,以太論再度興起,認(rèn)為宇宙中不論何時何地,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.后來雖然在觀念上有所變化,把光和電磁波看成電磁場的振動,但以太仍然保留著某種絕對的性質(zhì),它可以看成是描述萬物運動的絕對靜止的參考系.19世紀(jì)末20世紀(jì)初各種試圖探測地球相對于以太運動速度的實驗均告失敗,A.愛因斯坦建立狹義相對論,再次否定了這種作為絕對靜止以太的存在.稍后,愛因斯坦在用場論觀點研究引力現(xiàn)象時,已經(jīng)認(rèn)識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,電子海中才能留下可觀測的空穴,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)代量子場論的觀點看,每一種粒子對應(yīng)于一種量子場,粒子就是對應(yīng)的場量子化的場量子.當(dāng)空間存在某種粒子時,表明那種量子場處于激發(fā)態(tài)；反之不存在粒子時,就意味著場處于基態(tài).因此,真空是沒有任何場量子被激發(fā)的狀態(tài),或者說真空是量子場系統(tǒng)的基態(tài). 關(guān)于真空的近代認(rèn)識不再是哲學(xué)上的思辨,而是可通過實驗來檢驗的.有不少現(xiàn)象都需要用真空的近代觀念予以說明.例如氫原子能級的蘭姆移位和電子的反常磁矩,實驗上已經(jīng)以非常高的精度證實了真空極化的效應(yīng)；高能正負(fù)電子對撞湮沒為高能光子,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.對于真空的認(rèn)識尚屬初級探索階段,物理學(xué)家還在探索真空自發(fā)破缺和真空相變等問題,必將推動物理學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展. 真空具有如下性質(zhì)：1、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,如果粒子不能被作用,那么就可以說它是真空,任何脫離真空的所謂絕對的孤立的粒子是不存在的,真空時刻都處于一種動態(tài)的平衡中,粒子的每一個變化都離不開與真空的互動,粒子和真空的互動是無時無刻都在進(jìn)行中的,任何絕對靜止的物質(zhì)是不存在的,粒子的本質(zhì)在于自身的空性.2、真空存在極性,因此說真空是不對稱的.但這種不對稱是相對局部的,在相對整體上又是對稱的,如此的循環(huán)嵌套構(gòu)成了真空的這個性質(zhì).3、真空的每個局部具備了真空的全體性質(zhì).大和小是相對而言的.時間也是相對于空間而言的,時間不能脫離了具體的空間而單獨的存在. |
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