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真空,是一種不存在任何物質的空間狀態,是一種物理現象。在「真空」中,聲音因為沒有介質而無法傳遞,但電磁波的傳遞卻不受真空的影響。事實上,在真空技術里,真空系針對大氣而言,一特定空間內部之部份物質被排出,使其壓力小於一個標準大氣壓,則我們通稱此空間為真空或真空狀態。1真空常用帕斯卡(Pascal)或托爾(Torr)做為壓力的單位。目前在自然環境里,只有外太空堪稱最接近真空的空間。佛教語。一般謂超出一切色相意識界限的境界。

1 真空 -歷史發展

真空真空負壓安全閥
人類關於真空的認識經歷了幾次根本的變革和反覆。古希臘德謨克利特的原子論認為所有的物質都是由原子組成,原子之外就是虛空。17世紀R.笛卡兒提出以太漩渦說,認為空間充滿了以太,並用以說明行星的運動。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,成功地解決了行星繞日運動問題,引力被認為是超距作用的,無需以太作為傳遞媒介,從而否定了以太論。

19世紀發現光的波動性,認為波的傳播必須依靠介質,特別是後來發現了電磁場的波動性,以太論再度興起,認為宇宙中不論何時何地,任何物體內無不充滿了以太,光和電磁波被解釋為以太的機械振動。後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,它可以看成是描述萬物運動的絕對靜止的參考系。19世紀末20世紀初各種試圖探測地球相對於以太運動速度的實驗均告失敗,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。當愛因斯坦在用場論觀點研究引力現象時,已經認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的想法。

首先給予真空嶄新物理內容的是P.A.M.狄拉克。狄拉克於1930年為了擺脫狄拉克方程負能解的困境,提出真空是充滿了負能態的電子海。當負能態的電子吸收了足夠的能量躍遷到正能態成為普通電子時,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要高,因此真空就是能量最低的狀態。從現代量子場論的觀點看,每一種粒子對應於一種量子場,粒子就是對應的場量子化的場量子。當空間存在某種粒子時,表明那種量子場處於激發態;反之不存在粒子時,就意味著場處於基態。因此,真空是沒有任何場量子被激發的狀態,或者說真空是量子場系統的基態。
真空真空量子場-內部結構模型圖


關於真空的近代認識不再是哲學上的思辨,而是可通過實驗來檢驗的。有不少現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,實驗上已經以非常高的精度證實了真空極化的效應;高能正負電子對撞湮沒為高能光子,反之高能光子可使真空激發出大量的粒子,也是很好的明證。對於真空的認識尚屬初級探索階段,物理學家還在探索真空自發破缺和真空相變等問題,必將推動物理學的進一步發展。

2 真空 -特點介紹

真空真空瓶
在真空科學中,真空的含義是指在給定的空間內低於一個大氣壓力的氣體狀態。人們通常把這種稀薄的氣體狀態稱為真空狀況。這種特定的真空狀態與人類賴以生存的大氣在狀態相比較,主要有如下幾個基本特點:
(1)真空狀態下的氣體壓力低於一個大氣壓,因此,處於地球表面上的各種真空容器中,必將受到大氣壓力的作用,其壓強差的大小由容器內外的壓差值而定。由於作用在地球表面上的一個大氣壓約為101325N/m2,因此當容器內壓力很小時,則容器所承受的大氣壓力可達到一個大氣壓。

(2)真空狀態下由於氣體稀薄,單位體積內的氣體分子數,即氣體的分子密度小於大氣壓力的氣體分子密度。因此,分子之間、分子與其他質點(如電子、離子等)之間以及分子與各種表面(如器壁)之間相互碰撞次數相對減少,使氣體的分子自由程增大。

物理真空
本指沒有任何實物粒子存在的空間,但什麼都沒有的空間是不存在的。而假設你把一個空間的氣體都趕跑,會發現還是不時有基本粒子在真空中出現又消失,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。當能量達到波峰,能量轉化為一對對正反基本粒子,當能量達到波谷,一對對正反基本粒子又相互湮滅,轉化為能量。

工業真空
工業上的真空指的是氣壓比一標準大氣壓小的氣體空間,是指稀薄的氣體狀態,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。一般是用特製的抽氣機得到真空的。它的氣體稀薄程度用真空計測定,現在已能用分子抽氣機和擴散抽氣機得到0.0000000001大氣壓的高真空。真空在科學技術,電真空儀器,電子管和其他電子儀器方面,都有很大用途。

正負電子對撞機
正負電子對撞機的作用絕不僅僅是一對正負電子相撞產生光子和能量那麼簡單,一對光子也可以相撞產生一對正負質子之類,而相撞使相撞所處的那部分真空可以激發到高能態,可以產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。

3 真空 -性質介紹

真空具有如下性質:

真空太空中的真空
1、空非無,並非什麼都沒有,它是所有粒子共同的基態,可以這麼說,粒子就被激發的真空,真空就是未被激發的粒子,粒子的存在就體現於可以被作用,或者更確切的說,粒子就是一種作用,如果粒子不能被作用,那麼就可以說它是真空,任何脫離真空的所謂絕對的孤立的粒子是不存在的,真空時刻都處於一種動態的平衡中,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行中的,任何絕對靜止的物質是不存在的,粒子的本質在於自身的空性。

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,如此的循環嵌套構成了真空的這個性質。

3、真空的每個局部具備了真空的全體性質。大和小是相對而言的。時間也是相對於空間而言的,時間不能脫離了具體的空間而單獨的存在。

4 真空 -真空單位及真空區域的劃分

真空的單位用真空度來表示,它是對真空稀薄程度的一種客觀量度。本來,其最直接的物理量應該為單位體積中的分子數,但由於歷史的原因,真空度的高低通常用氣體壓強來表示。氣體壓強越低,表示真空度越高;反之,壓強越高,真空度就越低。
早期用汞柱高度測量壓強,將760毫米汞柱高規定為一個標準大氣壓。第10屆國際計量大會決定用帕定義標準大氣壓,規定:
1標準大氣壓(ATM)=101325帕(Pa)
並規定,標準大氣壓的1/760為1托(Torr)
對於真空區域,學術界通常將其分為5個區域:
粗真空    760-10 托
低真空    10-0.001托
高真空    0.001-0.00000001托
超高真空  0.00000001-0.000000000001托
極高真空  小於0.000000000001托

5 真空 -利用技術

真空和微重力環境利用技術
真空太空中的真空
航天器軌道飛行提供的真空和微重力環境,是一個寶庫,為人們提供了地面上難以獲得的科學實驗和生產工藝條件,進行地面上難以進行的科學實驗,生產地面上難以生產的材料、工業產品和藥物。真空和微重力環境是一種寶貴的資源。高真空或超高真空提供一種超潔凈條件。微重力則提供一種重力影響很微弱的極端物理條件。

如由重力引起的自然對流基本消除,擴散過程成為主要因素;流體中的浮力基本消失,不同液體密度引起的組分分離和沉浮現象消失,液體僅由表面張力約束;潤濕和毛細現象加劇;流體靜壓消失。總之,由重力引起的不利因素幾乎消除。利用這些非常理想的環境,可以開展微重力技術物理、微重力生物學和微重力生命科學的研究,進行加工工藝試驗和生產製造,以及其它微重力應用的試驗研究。

在高真空和微重力環境中進行生命和生物科學實驗,不會有有機物污染,發生混入或測定錯誤,細菌等實驗用的微生物不會到處擴散,十分安全。在零重力或微重力條件下,可進行無容器冶鍊,這不會有任何雜質混入,可以獲得高品質的合金;可將不同比重的金屬或非金屬均勻地混合,獲得新型合金材料;可以克服地面加工存在的組分過冷起伏和密度大等缺陷,生長出高質量、大直徑的單晶體砷化鎵等半導體材料;可以生產百分之百圓度的滾珠軸承等圓球工業產品,而在地面上,由於重力的影響,滾珠軸承等總不是真正的球形。

太空製藥是真空和微重力環境利用的重要方面。在地面上製藥,由於地球重力作用,培養物會發生沉澱,處在沉澱中的微生物會因缺氧而死亡;如輸氧攪拌,所形成的低壓小氣泡又會破壞細胞;如加防泡劑,則會降低氧的溶解度,有礙微生物的繁殖,形成惡性循環。

而在微重力環境中,培養物液體中含有大量的氣泡,也不會沉澱,微生物可隨時獲得氧氣,生長速度比地面快一倍以上。可高效率、高純度地製造許多藥物,如治療燒傷的表皮生長素、治療貧血的紅血球生長素、防治病毒感染的免疫血清、治療肺氣腫的胰蛋白酶抑制素、治療血栓的尿激酶、治療血友病的抗溶血因子8、治療糖尿病的β細胞、治療癌症的干擾素等40多種。主要的製藥方法是電泳法,將組分不同的混合物在直流電場作用下精確地分離成不同成份。其設備第一代為靜態電泳儀,第二代為連續流動電泳儀。

真空在輸運、吸引、起吊及真空造型等設備中的應用

真空科學家在真空中
真空輸運、吸引及起吊設備、都是利用真空與大氣間存在壓力差所產生的力來做功的。由於這種機械能存在著壓強處處均勻的特點,因此可絕對密接地施加到任何形狀的平面上。目前、這些真空設備大多用在吸魚、糧食、麵粉、煤粉、煙草、水泥、泥漿、紙漿、粉狀礦物粉狀化工產品,水泥地板,預製板、機場及公路水泥跑的快速吸干、車間起吊、機床夾具,玻璃裝運,吸乳、吸塵。人工流產吸引胎兒:吸痰、吸胸膜積水、膿液、吸腸以及吸引原子彈爆炸所產生的輻射塵埃等生產作業中。這些設備均具有結構簡單,易於操作維護、運輸、起吊吸引過程中無震動、生產效率高、運送易損壞物件安全可靠、對環境無污染等特點。因此具有廣闊的應用範圍和前景。
真空造型也是利用壓差力的一個重要方面,在立體軍用地圖、盲人書籍、示數摸型、高級陶瓷、混凝土予製件、電冰箱洗衣機板件、玩具、複製浮雕和文物、行波管和返波管中的細旋支柱成形、質譜儀中分析室以及微波系統的波導製作方面、都廣泛的採用了這一技術。

真空力學應用的另一個領域是真空過濾和真空浸漬。在化工,製糖,水泥等工業部門已開始大量採用的連續真空過濾、很容易將粘度大的懸浮液利用壓差力的作用、通過微細篩孔而將其懸浮液中的液體與固體分離。在染料工業中利用真空過濾法可以大量節省棉布。真空浸漬是把片狀或纖維狀的疏鬆物質,進行先抽真空,再在液體中浸漬充填一些新的物質的一種新型工藝。這種工藝用在含油軸承、魚網纖維、皮革、非電解電容,變壓器、電動機定子線圈等產品上已經顯著的提高了產品質量。此外這種工藝對疏鬆劣質木材進行聚脂樹脂浸,對鉛筆木進行蠟類浸漬使其改變原有的天然性能達到化劣質為優質的目的、並已達到了予期的效果。

真空在電真空器件中的應用
由於各種電真空器件的工作原理是基於電場、磁場來控制電子在空間的運動藉以達到放大、振蕩、顯示圖象等目的。因此避免電子與氣體分子間的碰撞,保證電子在空間的運動規律,防止發射熱電子的陰極氧化中毒,把電子器件內抽成不同電真空器件所要求的不同真空度、保證電子器件的正常工作,是絕對必要的。

在電真空工業中所生產的電真空器件主要有各種電子管(整流管、發射管、收信管、速調管、行波管、磁控管、光電管等);各種離子管(泵弧整流管、引燃管、計數管、閘流管、噪音管、雷達電線開關等);各種電子束管(示波管、攝象管、顯象管、x光管、變象管等);各種電光源管(照明燈,光譜燈、儀器用燈等)以及中子管、電子衍射儀、電子顯微鏡、x光顯微鏡,各種粒子加速器、質譜儀、核輻射譜儀、氣體激光器以及利用真空中電子束進行除氣、熔煉、區域提純、難熔金屬和介質的熔化和鑽孔,開槽切割、放射性同位素的蒸發,難熔金屬的焊接等許多方面。這些電子器件及工藝,在近代科學和近代大工業生產中所起的作用是不言而喻的。

真空的最新研究動態

真空反重力(反引力)效應的發現

1998年(xi』an)一位學者(zhang zhe)發現:若是給一根約14米高的pvc透明塑料管內灌滿水銀后封堵兩處埠后,將底處埠按插入一個裝滿水的水槽的水面以下部位,打開底處埠后發現水槽的水伴隨著管內水銀的不斷下降自己本身在沒有耗費任何能源和作用力的前提下,竟然克服地球重力作用順著透明塑料管內逆反著引力方向一直攀升到14米的塑料管內頂端。這個現象具有化時代意義!它意味著:一方面反證了將大氣壓強作為真空管中液體水攀升的原因是錯誤的!更為重要和有意義的是另一方面證實了被人們認為是一無所有的、空無、虛無的真空其實具備一種反重力、反引力作用力!也正是這種人類還未發現的反重力、反引力作用力促使真空管中液體水能夠克服重力作用逆反引力方向向上攀升。   

萬有引力本源於真空力效應

萬有引力的本源是什麼?這個問題曾使牛頓、愛因斯坦等物理學大師百思不得其解,直至他們逝世也沒有弄明白萬有引力是如何產生的,這不僅給自己留下一個千古遺恨也給後人留下了一個「千古之謎」。現在只要我們運用「真空力論」去看待、解答引力起源問題,引力起源之謎就顯得非常簡單、非常明了。萬有引力原來只是真空力的一種影力!

暗能量與真空力

1998年,國際界兩個天體科研小組分別、獨立的都發現了一種特別的天體現象-----星系在加速膨脹現象,根據這個特別的天體現象科學家們推測:在宇宙當中的確應該還存在著一種不同於目前已知的四種基本作用力另外一種基本作用力!這種作用力同前四種作用力最大的區別就在於:前四種作用力所產生的力都是正壓力即引力作用,而這種作用力恰恰相反其所產生的力不是正壓力而是一種負壓力即斥力作用,前四種作用力全部依賴於物質質量而存在,而這種作用力則完全可以脫離物質質量而獨立存在!其還有一個最大的特徵:就是可以克服重力而產生一種反引力作用力!通俗一點就是說:重力可以促使物質體向人們腳下的方向運動,而這種作用力則恰恰相反它可以促使物質體向人們頭頂方向運動。由於這種力的特別和特殊性,人們對它的載體無法用物質這個概念來描述和定義,故此稱這種作用力的載體為「暗能量」。

可見「暗能量」自發現之日起就是以一種反引力、反重力作用力的面貌出現的,即「暗能量」其實就是一種具有反重力反引力作用力的作用力。

真空的反重力反引力效應的發現也就證明了,科學界一直在苦苦尋找的「暗能量」其實也就是我們所熟悉的真空。

真空的佛學定義

1, 超出一切色相意識的境界,亦即小乘的涅槃。2,非空之空,空而不空,非如小乘偏執之但空,叫做真空,這是大乘之極的真空。非有之有,有而不有,非如凡夫妄計之實有,叫做妙有。真空而能生萬法,妙有而一切皆如,即是真空妙有的涵義。3,真空觀乃華嚴宗所立三觀之一。

6 真空 -物理學真空的定義

        物理學真空,是指對實驗結果沒有影響的條件,而非空無一物。

   例如:如果空氣阻力可以忽略不記,在空氣中運動的物體,就與在真空中的,有同樣的規律。

   當空氣被抽,稀薄到一定程度,聲音不能傳出來,我們就說「真空」不能傳遞聲音,而提高偵聽能力,或加大發聲功率,聲音又能被接收到,我們只能說「這個真空度,對現在的聲音,還不能稱為真空」!

   同理,太空可以傳遞光,也可能是太空中的環境,對光,不成為「真空」,所以光可以傳過來,沒人證明過純粹的「真空」可以傳遞光,因為人類做不到那樣的真空。(這是推論,不是證明)另外,光粒子可以在真空中傳播,還將與另一定律衝突:在不受外力的真空中,物體將做勻速直線運動,而不會是波動。

   光在玻璃中的速度,只相對玻璃恆定,無論玻璃對其它參照系如何運動,所有人都應該承認,玻璃、空氣、水等能傳播光的就是光介質,以前錯誤的假設以太介質,不等於光就必然不能有介質。

   光不是對任意參照系都是光速,或不能超過光速,光只對「靜止」參照系是恆定光速,請仔細閱讀愛因斯坦《論動體的電動力學》,這個「靜止」,就是介質參照系。因此愛因斯坦的論述,在這個條件下是成立的。大學教材《普通物理學1》假設任何參照系測得的真空中的光速恆定,那麼所論述的相對論結論,也只在真空條件有效,然而大家哪個相對論實驗,是在真空條件下做的?難道相對論沒有使用條件?所以說大學教材的論述,不能證偽,也無法證實,不是科學。
       所以說真空是相對的,儘管真空度不同,但只要說到在真空條件下,就說明外界對實驗結果沒有影響。

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