关于“真空”的实验

关于“真空”的知识，在中学课本中常常和压强连起到一起去讲。而且有一个关于“真空”的实验。这个实验就是大名鼎鼎的马德堡半球实验。说的是在1654年，科学家把一对完全密合的铜质空心半球中的空气抽掉，让半球内处于几乎真空的状态。

然后驱动马车去拉开这两个半球。但无论马使多大劲都没有能够拉开。这个实验让让我们知道了大气压力的作用，同时涉及到了“真空”的属性。

 

但是如果你仔细看上文的表述，你就发现，我并没有用“真空”，而是用“几乎真空”。这是因为，人类在挑战真空的路途上，始终不曾触达到“绝对真空”。那这到底是咋回事呢？

真空到底是什么？

真空是指一种不存在任何物质的空间状态，说白了就是一种物理现象。关于真空的定义，我们要知道的是，在宇宙中其实不仅仅只有“物质”，宇宙中存在的东西远比我们想象中的要多得多。

其次，我们都知道，物质是由粒子构成的，比如：空气是由氮分子、氧分子等构成。

 

而分子实际上又是由原子构成的。当然，原子实际上也可以再分。

 

所以，关于真空的定义，我们如果从微观的角度来看，就是说没有任何粒子存在的空间状态。

那么不禁要问了，真的存在“真空”状态吗？

存在真空状态吗？

实际上，真空状态还是理论上成立的一个物理现象。无论是在地球上，还是宇宙中，“绝对真空”都是不存在的。目前，最接近于真空状态的就是宇宙空间了。那具体是咋回事呢？

这其实和人类抽真空的手法有关。这和降温是一个道理，我们没有办法把一个温度降到绝度零度，这是因为制造低温是依靠热传递。说白了，就是拿一个低温的去给高温的降温。如果要把一个物体降低到绝对零度，那就需要用比绝对零度还低的温度来给它降温，可问题是绝对零度已经是最低温度了，所以不存在比绝对零度还低的温度。

 

同样的，抽真空的办法，说白了就是利用“更真空”来均，要降低到绝对真空，就得依靠比绝对真空还空的空间。但绝对真空已经是最真空的状态了，因此，不存在比绝对真空还真空的空间。

宇宙空间中的真空程度其实要远比我们人类做出来的真空还要空。科学家可以通过观测和理论计算出宇宙的平均密度，他们就发现，宇宙的平均密度大概是1*10^-28千克/立方米。这是啥水平呢？

如果把宇宙中的粒子都看成是氢原子，那这概就是一立方米里只有一个氢原子的水平。所以，这个水平已经是非常空旷了，远超人类创造真空的水平，但还不是真空。

 

那宇宙能最终真空吗？

实际上并不会，我们知道，宇宙中是有物质的，而宇宙其实可以看成是一个空间。宇宙之所以物质密度很低是因为宇宙大爆炸之后空间就在膨胀，而且由于早期存在一个暴胀期，物质是非常均匀地分布在宇宙空间中的。随着宇宙空间的膨胀，物质密度是逐渐降低的，但无论如何，这些物质只要还在，宇宙就不会是真空，只能无限接近于真空。而物质是不可能凭空消失，所以，宇宙永远不会变成真空。

 

真空中是什么都没有吗？

实际上，这个问题我们可以直接给出答案：并不是。真空远比我们想象中的要热闹许多。我们刚才说到过，真空只是指“没有物质”。但宇宙中不仅仅有物质，还有很多其他的东西。

• 场

我们来举个例子，初高中我们都有学过电磁学，其中就会涉及到电磁场。就拿磁场来说，你说它是物质准确吗？它虽然不是实物粒子构成的，但它又实实在在存在。

 

随着物理学的发展，科学家发现，在宇宙空间中不仅仅存在着磁场，还存在着其他的场。比如：希格斯场。上世纪科学家在研究质量的时候就发现，物体的质量99%来自于强力束缚夸克所释放出的能量质能等价为质量，可问题是，剩余1%的粒子的质量到底是从哪来的呢？

后来，科学家提出了一个希格斯场的理论，他们认为宇宙空间中遍布着希格斯场，这个希格斯场赋予了粒子质量。2012年，欧洲核子中心的LHC找到了上帝粒子希格斯玻色子，证明了希格斯场的存在。这个希格斯场其实就类似于磁场一样，你看不见，摸不着，但它真的存在。

 

所以，真空中是存在着各种“场”，正是它们的存在，确保了物质能够构成。

• 量子涨落

除了“场”，空间中还存在着“量子涨落”，这个是指在空间中，任意位置对于能量的暂时变化。这其实是一种量子效应。这种效应的存在使得真空也显得格外的热闹。

 

• 暗物质和暗能量

随着天文学和物理学的发展，科学家发现，我们对于“物质”的理解并不全面。我们所能够看到的物质被我们称为可见物质。他们在宇宙中仅仅占据了不到5%的比例，而在宇宙还存在着95%以上看不到的物质，它们就是暗物质和暗能量。

 

如今我们对于暗能量的了解几乎为0，但是正是在它们的驱动下，宇宙在加速膨胀。而暗物质其实只参与到引力当中，它大概率是弥漫在整个空间当中的，可能此刻正在穿过我们的身体，但由于它不参与电磁作用，因此，我们感觉不到。因此，看似真空的空间中，也很有可能会存在暗物质和暗能量。

 

因此，真空真的不是什么都没有，相反，真空很热闹，而且还有不少东西，只是它们并非是可见物质而已。