真空

　　真空是一種不存在任何物質(zhì)的空間狀態(tài)，是一種物理現(xiàn)象。在“真空”中，聲音因?yàn)闆]有介質(zhì)而無法傳遞，但電磁波的傳遞卻不受真空的影響。事實(shí)上，在真空技術(shù)里，真空系針對(duì)大氣而言，一特定空間內(nèi)部之部份物質(zhì)被排出，使其壓強(qiáng)小于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，則我們通稱此空間為真空或真空狀態(tài)。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(huán)境里，只有外太空堪稱最接近真空的空間。
　　基本解釋
　　1.指沒有任何實(shí)物粒子的空間
　　真空封裝罐
　　2.指沒有氣體或氣體極少的空間
　　3.借指不存在某種事物的領(lǐng)域
　　軍事力量真空
詳細(xì)解釋
　　1.佛教語。一般謂超出一切色相意識(shí)界限的境界。
　　南朝 陳 徐陵《長干寺眾食碑》：“自非道登正覺，安住于大般涅盤；行在真空，深入于無為般若。” 唐 惠能《壇經(jīng)·般若品》：“念念說空，不識(shí)真空。”《朱子語類》卷一二六：“ 釋氏 見得高底盡高，或問他何故只說空，曰：說玄空又說真空。玄空便是空無物，真空卻是有物。” 清 王夫之《張子正蒙注·太和》：“但見來無所從，去無所歸，遂謂性本真空，天地皆緣幻立。”
　　2.沒有空氣或只有極少空氣的空間。借指沒有任何勢力占領(lǐng)或受其思想影響的地方。
　　冰心《晚晴集·從“五四”到“四五”》：“一個(gè)人不是生活在真空里，生活的圈子無論多么狹小，也總會(huì)受到周圍氣流的沖擊和激蕩。” 柯靈《香雪海·阿波羅降臨人世》：“ 上海的租界并不是國民黨反動(dòng)統(tǒng)治的真空，但不失為一個(gè)可以利用的隙縫。”
　　真空是一種不存在任何物質(zhì)的空間狀態(tài)，是一種物理現(xiàn)象。在“真空”中，聲音因?yàn)闆]有介質(zhì)而無法傳遞，但電磁波的傳遞卻不受真空的影響。事實(shí)上，在真空技術(shù)里，真空系針對(duì)大氣而言，一特定空間內(nèi)部之部份物質(zhì)被排出，使其壓力小于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，則我們通稱此空間為真空或真空狀態(tài)。[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(huán)境里，只有外太空堪稱最接近真空的空間。
　　西漢劉安在《淮南萬畢術(shù)》中提到：“銅甕雷鳴。”其注曰：“取沸湯置甕中，堅(jiān)塞之，內(nèi)于井中，則作雷鳴，聞數(shù)十里。”銅甕雷鳴是由于盛沸水的銅甕驟然遇冷造成局部真空。這時(shí)外部大氣壓力加上井水壓力會(huì)將銅甕壓破，爆炸出雷鳴的聲響。
　　1641年意大利數(shù)學(xué)家托里切利在一根長管子內(nèi)加滿水銀，然后很迅速的將管口倒轉(zhuǎn)在一個(gè)盛滿水銀的盆內(nèi)，管子內(nèi)水銀柱的末端是 76 厘米高。這時(shí)玻璃管最上方無水銀地帶是真空狀態(tài)。這一實(shí)驗(yàn)為“托里切利實(shí)驗(yàn)”，完成實(shí)驗(yàn)的玻璃管為“托里切利管”。
　　1654年馬德堡市長奧托·馮·格里克在雷根斯堡向皇帝展示了他所設(shè)計(jì)的半球?qū)嶒?yàn)。他制造了兩個(gè)直徑51厘米的紅色銅制半球，半球中間有一層浸滿了油的皮革，用以讓兩個(gè)半球能完全密合。接著他用他自制的真空泵將球內(nèi)的空氣抽掉，此時(shí)兩個(gè)沉重的銅制半球在沒有任何接著劑的輔助下緊密地合而為一，讓人十分驚訝。但格里克實(shí)驗(yàn)的高潮才正要開始，他為了證明兩半球的結(jié)合是多么緊密、扎實(shí)，安排了兩隊(duì)各15匹馬，以相反的方向試圖將該球體拉開，結(jié)果居然拉不開，此實(shí)驗(yàn)被稱為“馬德堡半球”。
　　認(rèn)識(shí)過程
　　人類關(guān)于真空的認(rèn)識(shí)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(yùn)動(dòng)。不久I.牛頓建立以運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)問題，引力被認(rèn)為是超距作用的，無需以太陽作為傳遞媒介，從而否定了以太論。19世紀(jì)發(fā)現(xiàn)光的波動(dòng)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(dòng)性，以太論再度興起，認(rèn)為宇宙中不論何時(shí)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(dòng)。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(dòng)，但以太仍然保留著某種絕對(duì)的性質(zhì)，它可以看成是描述萬物運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)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(duì)于以太運(yùn)動(dòng)速度的實(shí)驗(yàn)均告失敗，A.愛因斯坦建立狹義相對(duì)論，再次否定了這種作為絕對(duì)靜止以太的存在。稍后，愛因斯坦在用場論觀點(diǎn)研究引力現(xiàn)象時(shí)，已經(jīng)認(rèn)識(shí)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(shí)，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(diǎn)看，每一種粒子對(duì)應(yīng)于一種量子場，粒子就是對(duì)應(yīng)的場量子化的場量子。當(dāng)空間存在某種粒子時(shí)，表明那種量子場處于激發(fā)態(tài)；反之不存在粒子時(shí)，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(shí)不再是哲學(xué)上的思辨，而是可通過實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)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(jí)的蘭姆移位和電子的反常磁矩，實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)以非常高的精度證實(shí)了真空極化的效應(yīng)；高能正負(fù)電子對(duì)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(duì)于真空的認(rèn)識(shí)尚屬初級(jí)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(dòng)物理學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。
性質(zhì)
　　真空具有如下性質(zhì)：
　　1.空非無。如果真空中沒有粒子，我們就會(huì)準(zhǔn)確的測出場(0)與場的變化曲率(0)，然而海森堡不確定性原理表明，我們不可能同時(shí)精確地測出一對(duì)共軛量，所以，可以“空”，不能“無”。因此，在真空中，粒子不停地以虛粒子、虛反粒子對(duì)的形式憑空產(chǎn)生，而又互相湮滅，在這個(gè)過程中，總的能量保持不變。
　　2.真空存在極性,因此說真空是不對(duì)稱的。但這種不對(duì)稱是相對(duì)局部的，在相對(duì)整體上又是對(duì)稱的，如此的循環(huán)嵌套構(gòu)成了真空的這個(gè)性質(zhì)。
　　3.真空的每個(gè)局部具備了真空的全體性質(zhì)。大和小是相對(duì)而言的。時(shí)間也是相對(duì)于空間而言的，時(shí)間不能脫離了具體的空間而單獨(dú)的存在。
應(yīng)用
　　航天器軌道飛行提供的真空和微重力環(huán)境，是一個(gè)寶庫，為人們提供了地面上難以獲得的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)工藝條件，進(jìn)行地面上難以進(jìn)行的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，生產(chǎn)地面上難以生產(chǎn)的材料、工業(yè)產(chǎn)品和藥物。
　　在高真空和微重力環(huán)境中進(jìn)行生命和生物科學(xué)實(shí)驗(yàn)，不會(huì)有有機(jī)物污染，發(fā)生混入或測定錯(cuò)誤，細(xì)菌等實(shí)驗(yàn)用的微生物不會(huì)到處擴(kuò)散，十分安全。 在零重力或微重力條件下，可進(jìn)行無容器冶煉，這不會(huì)有任何雜質(zhì)混入，可以獲得高品質(zhì)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(zhì)量、大直徑的單晶體砷化鎵等半導(dǎo)體材料；可以生產(chǎn)百分之百圓度的滾珠軸承等圓球工業(yè)產(chǎn)品，而在地面上，由于重力的影響，滾珠軸承等總不是真正的球形。
　　太空制藥是真空和微重力環(huán)境利用的重要方面。在地面上制藥，由于地球重力作用，培養(yǎng)物會(huì)發(fā)生沉淀，處在沉淀中的微生物會(huì)因缺氧而死亡；如輸氧攪拌，所形成的低壓小氣泡又會(huì)破壞細(xì)胞；如加防泡劑，則會(huì)降低氧的溶解度，有礙微生物的繁殖，形成惡性循環(huán)。而在微重力環(huán)境中，培養(yǎng)物液體中含有大量的氣泡，也不會(huì)沉淀，微生物可隨時(shí)獲得氧氣，生長速度比地面快一倍以上。可高效率、高純度地制造許多藥物，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(xì)胞、治療癌癥的干擾素等40多種。主要的制藥方法是電泳法，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(shè)備第一代為靜態(tài)電泳儀，第二代為連續(xù)流動(dòng)電泳儀.概括
　　vacuum technique使氣體壓強(qiáng)低于地面大氣壓強(qiáng)的技術(shù)。
　　真空是指壓強(qiáng)遠(yuǎn)小于101.325千帕（kPa）（即1大氣壓）的稀薄氣體空間。在真空技術(shù)中除國際單位制的壓強(qiáng)單位Pa外，常以托（Torr）作為真空度的單位。1托等于1毫米高的汞柱所產(chǎn)生的壓強(qiáng)，即1Torr=133.3224Pa。
　　按氣體壓強(qiáng)大小的不同，通常把真空范圍劃分為：低真空1×105 ～1×102Pa，中真空1×102~1×10-1Pa，高真空1×10-1～1×10-5Pa，超高真空1×10-5～1×10-9 Pa，極高真空1×10-9Pa以下。
　　真空技術(shù)包括真空的獲得、測量和應(yīng)用。
　　活塞泵、旋片泵等通過活塞或旋片的不斷運(yùn)動(dòng)，改變泵體的體積，把氣體排放出去，獲得真空。擴(kuò)散泵用高速運(yùn)動(dòng)的氣流，把擴(kuò)散到泵體的氣體分子帶走。此外還有利用低溫表面來冷凝或凍結(jié)氣體的低溫泵，如液氦冷凝泵；利用吸氣材料如活性炭等吸氣作用的吸附泵，等等。
　　測量真空度即測量稀薄氣體壓強(qiáng)的量具叫做真空規(guī)或真空計(jì)。可分為絕對(duì)真空計(jì)和相對(duì)真空計(jì)兩類。前者通過本身測出的物理量直接求出氣壓的大小，如U形管、薄膜計(jì)、麥克勞真空計(jì)（利用玻意耳定律），熱偶真空計(jì)等；后者必須經(jīng)過絕對(duì)真空計(jì)的校正才能測定氣壓，如電離真空計(jì)、皮拉尼真空計(jì)、阻尼真空計(jì)等。
　　利用真空與地面大氣的壓強(qiáng)差，可以輸運(yùn)流體、吸塵等。利用真空中氣體分子密度小的特征，可以制造各種電真空器件如電光源、電子管等。真空環(huán)境有利于某些金屬的焊接、熔煉，某些低熔點(diǎn)金屬如Mg、Li、Zn等的分餾、純化，以及某些活性金屬如Ca、Li、Cs等的氧化物還原，真空環(huán)境(1～10-1Pa)下的低溫脫水，真空干燥已成功地用于濃縮食品、奶粉，制造血漿等。同位素分離，大規(guī)模集成電路的加工，鍍膜等也都需要在真空環(huán)境下進(jìn)行。在科學(xué)研究中，例如表面物理實(shí)驗(yàn)，各種加速器、聚變反應(yīng)和空間環(huán)境模擬等都離不開真空。
歷史
　　遠(yuǎn)在1643年，意大利物理學(xué)家托里拆利發(fā)現(xiàn)，真空和自然空間有大氣和大氣壓力存在。他將一根一端封閉的長玻璃管灌滿汞，并倒立于汞槽中時(shí)，發(fā)現(xiàn)管中汞面下降，直至與管外的汞面相差76厘米時(shí)為止。托里拆利認(rèn)為，玻璃管汞面上的空間是真空，76厘米高的汞柱是因?yàn)榇嬖诖髿鈮毫Φ木壒省?br />　　1650年，德國的蓋利克制成活塞真空泵。
　　1654年，他在馬德堡進(jìn)行了著名的馬德堡半球試驗(yàn)：用真空泵將兩個(gè)合在一起的、直徑為14英寸(35.5厘米)的銅半球抽成真空，然后用兩組各八匹馬以相反方向拉拽銅球，始終未能將兩半球分開。這個(gè)著名的試驗(yàn)又一次證明，空間有大氣存在，且大氣有巨大的壓力。為了紀(jì)念托里拆利在科學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)和貢獻(xiàn)，以往習(xí)用的真空壓力單位就是用他的名字命名的。
　　19世紀(jì)中后期，英國工業(yè)革命的成功，促進(jìn)了生產(chǎn)力和科學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)展，同時(shí)也推動(dòng)了真空技術(shù)的發(fā)展。
　　1850年和1865年，先后發(fā)明了汞柱真空泵和汞滴真空泵，從而研制成了白熾燈泡(1879)、陰極射線管(1879)、杜瓦瓶(1893)和壓縮式真空計(jì)(1874)。壓縮式真空計(jì)的應(yīng)用首次使低壓力的測量成為可能。
　　20世紀(jì)初，真空電子管出現(xiàn)，促使真空技術(shù)向高真空發(fā)展。
　　1935～1937年發(fā)明了氣鎮(zhèn)真空泵、油擴(kuò)散泵和冷陰極電離計(jì)。這些成果和1906年制成的皮拉尼真空計(jì)至今仍為大多數(shù)真空系統(tǒng)所常用。
　　1940年以后，真空應(yīng)用擴(kuò)大到核研究(回旋加速器和同位素分離等)、真空冶金、真空鍍膜和冷凍干燥等方面，真空技術(shù)開始成為一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科。第二次世界大戰(zhàn)期間，原子物理試驗(yàn)的需要和通信對(duì)高質(zhì)量電真空器件的需要，又進(jìn)一步促進(jìn)了真空技術(shù)的發(fā)展。
　　生活應(yīng)用
　　膨化食物的真空包裝，可以防止食物變質(zhì)，延長食物保存時(shí)間；真空燈泡，防止燈絲被氧化，延長使用壽命。