真空裡面有什麼？

1樓：韭菜

搜到這個答案純粹是因為看到新聞裡國家探海多少萬公尺，然後想到了魚越在深水越扁，即壓力造成了密度的提高，而後反推壓力越小是不是，密度越稀薄，密度越稀薄很像真空啊，無邊無際但卻涵蓋了很多物質的本質。即中國如果做半導體之類的精密化產品可不可以在壓力小的環境裡做呢？便於穩定極小物質。

瞎扯，喜歡亂想。

2樓：王克丹

真空裡面是什麼？對於普通物理化學相關的學生來說，其實可以從絕緣體的能帶特徵入手更容易來理解真空中有什麼。

首先，絕緣體有個特點，那就是存在能隙且費公尺能級處在能隙中，三幅圖簡單說明導體與絕緣體的差別：

金屬能帶特徵是半填充，絕對零度時電子填充的最高能級為費公尺能級，但門電壓可以調節費公尺能級的位置，兩級存在電子填充能級的不平衡，而這個填充能能級之間的視窗大小決定了費公尺面附近能參與輸運的電子量，電子總是傾向於更低的能級填充，就像水會向低處流一樣，填充高能級區域電子向低能級的區域運動形成電流，這就是導體。

同樣的，真空是不導電的，是一種絕緣體，那麼其能結構如何呢? 很多人只聽說過薛丁格方程，薛丁格方程是描述微觀粒子運動方程，如同經典牛頓力學是一種相對論低速下的近似，微觀粒子運動方程同樣不能違背相對性原理，所以在將薛丁格方程進行洛倫茲變換即可得到狄拉克方程，

電子的狄拉克方程求解得到兩個對應的能級（高讚的解形式已經給出），，假設去除動量項，可以得到兩個能級，+ 和- ，這兩個就是靜止電子的質量能量（質能方程），增加了動量項，其解要麼比+ 能量大，要麼你比- 能量小，中間是不允許存在能態，根據費公尺子的不相容原理，每個能態只能佔據乙個電子，真空其實就是由無窮的負電子海從負無窮能級填充到- 的價帶頂端，具有能隙為2 的乙個絕緣體。

3樓：DONNY

本人真空專業的（天知道為什麼竟然還有這個專業），畢業後一直在該行業工作，十幾年的時間專門研究Knowledge of nothing.

這個問題不好回答，首先明確一下概念，物理學上的真空指的是壓力低於乙個大氣壓的氣體狀態，它是乙個相對狀態，即，壓力比大氣壓低，但是大氣壓也不是乙個固定的值，隨著天氣海拔等都在變化。以海平面附近為例，假設大氣壓是101325帕斯卡（absolute pressure 絕對壓力），那麼比這個壓力低的氣體狀態都叫做真空。如果壓力低到零呢？

那叫絕對真空，但是很遺憾，絕對真空是不可能達到的。絕對真空與大氣壓之間，根據壓力的範圍和獲得的難易程度，通常分為粗真空（100帕斯卡到大氣壓），中真空（0.1到100帕斯卡），高真空（0.

00001到0.1帕斯卡），超高真空（0.00000001到0.

00001帕斯卡），極高真空（0.00000001帕斯卡以下）。

好，下面說真空中還剩下什麼，因為真空描述的是氣體狀態，射線、光等非氣體的東東跟真空不真空也沒啥必然聯絡，所以可以考慮的就只有氣體了。不同的真空範圍，除了剩餘氣體的壓力不同外，氣體的成分也變化很大。比如粗真空的氣體成分主要是氮氣和氧氣，與大氣相當，高真空的氣體成分主要是水蒸氣，而超高真空、極高真空主要是氫氣。

另外，值得特別指出的是，除了我們通常認為的氣體外，在真空下一些平時的液體和固體也會全部或部分的變成氣體（當然還和溫度相關）。比如，20攝氏度的水，在2000多帕斯卡時就會全部汽化（沸騰）變成水；我們常見的各種金屬，在真空下也都有一部分會汽化（請搜尋飽和蒸氣壓）。

4樓：穎穎

我也有很多類似的問題，搜了半天，雖沒懂，但我卻想出來乙個假設，就算是真空也是有物質存在的，只不過是人感知不到，現有的機器感知不到。因為如此假設，我的其他問題也就解釋了。所謂電場，就是一些物質以某種特有形式聚合在一起，它便有了電性，那場就是在這團物質周邊的一些物質聚合的形式。

而光，就是，一團物質特殊聚合，便有了一些特殊性質，引起它周圍物質動起來，光變能傳出去。我們認為神秘的地方，就是有些我們無法看到的東西，如電，磁，光，他們如何隔空轉播，但如果將空間認為是一些實實在在存在，只是人體感知不到的物體，其內部極其鬆散，以至於外界一干擾他們便重新組合，讓我們感覺好像沒東西存在，其實是存在的，那將很好理解。而我們所學的的豐富科學，無非是在研究，這種物質不同聚合形態所具有的特殊性質罷了。

5樓：大大師

既然叫「空間」，那表明裡面沒有任何的「東西」，但是，我們生活的「區域」是自己感覺出來的「空間」，裡面確實有很多東西，比如：塵粒、氣體、水蒸氣等等。因此，為了區別人類生活的「空間」，「真空」的概念就誕生了，但是，「真空」又在那裡呢？

於是乎，人類就把矛頭指向太空或外太空，卻不知太空和外太空還是存在「東西」。所以，太空那裡的「真空」也只能叫「假空」。

6樓：灰色的狐狸

有時候想，到底有沒有絕對意義上的真空這東西。就算有手段將所有東西都抽空，那麼空間是不是客觀存在的物質，再真空它裡面也有空間吧。

所以我們有的只能是相對意義上的真空，那麼既然是相對意義，相對於空氣，我們可以把乙個抽空了空氣的空間叫真空，空氣在這裡成為了乙個描述真空的標準。

那麼有沒有相對於其他物質的真空呢？比如說相對於暗物質的真空，這個要達成的難度就好了些，但好像是有這種描述方式的。

那麼再推而廣之，相對於水的真空有沒有？只要乙個空間裡沒有水，我們就叫它真空，好像是可以這樣規定的呀。

那再推而廣之，相對於聲音的真空，相對於光的真空，相對於石頭的真空……以至於相對於我的真空——只要有乙個空間裡沒有我存在，它就可以被稱為真空了

7樓：公尺牛牛

因為Δ時間和Δ能量的互補性~~、如果把Δ時間控制的非常小、就有可能把【零點能】從【真空】中給【觀測出來】~~打比方來說、就是【用意識把能量從真空中提取出來】~~

8樓：頭哥

好問題！

你其實是在問，Is there something in nothing？

Yes. 就算什麼實在的都不考慮，最起碼有空間和時間吧。

有這樣乙個例子，就是說，如果我們能在真空中跳舞，我們能感到我們在旋轉、跳躍嗎？腦補一下，可以。可是，如果真空真的什麼都沒有，我們相對什麼運動呢？

其實寶寶的物理非常弱_ 以我粗淺的理解，真空中至少有不斷創生和湮滅的粒子。以前不是有個兩個鐵板的實驗嘛，就是將兩塊極其光滑的、一模一樣的薄鋼板靠近放在真空中，結果它們自動合在了一起。如果真空啥都木有，它們是怎麼合起來的？

萬有引力……？

還有乙個是希格斯粒子，也就是上帝粒子。正常情況下，我們根本不能觀測它，因為它不存在可觀測的空間內。打個不形象的比喻，它是來自異度空間的粒子。

所有物體丟到真空裡都會有質量，所以給予質量的東西也一定存在於真空。

以上純屬扯淡，僅供娛樂

9樓：

我是研究資訊哲學的。我們知道，資訊要進行傳遞，一定有通道的存在。我認為真空是一種物質，因為其中光等場在其中還是能夠傳播的，所以真空中一定有能夠傳播資訊的東西，前面有人說叫以太，我想這應該是有可能的。

安利一下我的思考。http://www.

zhihu.com/question/34744794?utm_campaign=webshare&資訊哲學的相關思考還在建立，我的資訊哲學下的正義、經濟與制度問題論崗還在投稿，所以不好介紹太多

10樓：Zheng Jiansen

"Homogeneous states are trivial and easy,

we need to understand Vacuum before breaking the symmetry".

11樓：李餅餅

量子力學告訴我們，並不存在所謂的「真空」。即便是最完美的真空之中實際上也充斥著粒子與反粒子，它們不斷誕生，然後幾乎在同時不斷湮滅。

這些所謂的「虛粒子」（virtual particles）存在的時間太過短暫，因而無法被直接測量到，但通過一些效應，我們可以確信它們的確存在。

12樓：小明說

個人認為沒有我們認知意義上的所謂真空，就是說沒有什麼都沒有的乙個空間，所有的東西的本質都是由空間構成的，我們的宇宙中其實只有空間這一種「物質」，表現的維度不同罷了。換句話說，真空裡面都是高維空間~

13樓：章聖

零點能量場和大乘佛法的自性很接近了，普郎克很早就說過，我們以為真實的客觀世界其實是個幻象，現在的全息理論似乎證明了這點，科學越是發達，就越和佛法近接，我們的第六識能緣到的對外能到宇宙，對內到基本粒子，它是有極限的，關於宇宙的真理，可以在大乘佛法中求，華嚴經上有講關於宇宙起源的實證！且不說科學家不相信迷信，凡事講求客觀，不抱任何成見，對佛法一無所知識，便認定它是迷信，這本身就是種迷信，已經遠離科學家自我精神！

14樓：

這種問題太大太專業了。首先感謝認真回答的 @andrew shen

其次如果只是感興趣的話，可以參閱一本書叫《無中生有的宇宙》。

15樓：

這個問題很有意思, 而且水很深. 答主水平很有限, 盡可能在大學物理的知識範圍內把這個問題做乙個初步介紹.

真空裡面有什麼? 這絕不是乙個平凡的問題. 某種程度上說, 幾乎整個二十世紀, (高能)物理學家們都在尋找這個問題的答案.

Dirac 的電子海

人們在現代物理的意義下最早意識到真空中可能並非是"什麼都沒有", 我想是起源於英國物理學家 P.Dirac. 在2023年, 他提出了眾所周知的 Schrdinger 方程的相對論版本 Dirac 方程來描述電子的運動:

.他發現這個方程的解總是成對存在: 如果是這個方程能量為的粒子的解, 那麼也存在乙個對應的能量為的粒子的解.

所謂真空, 是系統能量最低的狀態.現在問題來了, 的能量是負的, 那麼為了達到真空, 乙個處於正能態電子將會放出能量(比如通過與電磁場耦合, 放出電磁輻射)達到負能態, 然後繼續放出能量, 最終達到的真空.

上面的論斷顯然是荒謬的. 在現實生活中, 我們從來沒有見過乙個電子輻射出無窮多的能量. Dirac 提出了乙個天才的解釋:

電子是1/2自旋粒子, 服從 Pauli 不相容原理. 如果所有負能態都已經被電子完全佔據了, 那麼 Pauli 不相容原理就可以阻止處於正能態的電子進入負能態的海洋. 因此在 Dirac 的理論中, 真空不是什麼都沒有, 而是充滿了負能態的電子(以及其他自旋1/2粒子)!

這個理論最大的成功之處在於其對正電子的成功預言: 如果由於某些原因, 電子海中的乙個能量為電子離開了電子海, 在電子海中留下了乙個空穴. 那麼乙個能量為的正能態電子將會填上這個空穴, 並發出能量, 使系統重新回到真空:

.那麼空穴等效地擁有乙個正電荷以及正能量. 這個空穴就是所謂正電子, 它是電子的反粒子.

在 Dirac 方程提出後的第二年, 2023年, 實驗物理學家們就在雲室裡發現了正電子的蹤跡. Dirac 的方程成功預言了所有自旋1/2粒子都存在反粒子.

(有意思的是, 儘管我說 Dirac 電子海的理論最大的成功之處在於其對正電子的成功預言. 在這個理論剛提出時, Dirac 一直以為電子海中空穴是質子, 而不是正電子. )

真空零點能讀到這裡, 不知你對 Dirac 的電子海理論是否產生了若干疑問? 比如, 如果真空中充滿了大量電子, 那我們為何從來沒有感受到這些負電荷所帶來的 Coulomb 力呢? 為了解決這個問題, 我們必須假設真空原本就是乙個充滿均勻的正電荷背景, 來抵消 Dirac 電子海的正電荷.

這個解釋顯然令人感到彆扭. 此外, Dirac 電子海的真空能量並非為零, 而是負無窮大. 真空能量是負無窮大, 這也值得警惕.

物理學家們對 Dirac 的理論也確實不滿意. 2023年以後, 物理學家們發展出了一套新的理論: 量子場論.

在這個新的理論框架下, Dirac 方程依然成立. 但此時它的物理意義不再是乙個單粒子方程, 而是乙個場方程. 不再是波函式, 而是像電磁場一樣的場.

在這種新的解讀下, 真空不再是電子海, 正電子也不再是"電子海中的空穴", 而確確實實是乙個實物粒子. 惱人的負能量也隨之消失. 量子場論中只有正能量!

哈哈~

(但我個人認為, 場論中的這種做法只是在玩數學遊戲, 將 Dirac 電子海換了一種說法. 背後的物理和 Dirac 的電子海沒有本質不同. )

但量子場論沒能解決真空能量為負無窮的問題. 因為這實際上是量子場所固有的性質, 或者說, 是由場的波動性所導致的必然結果. 學過量子力學課程的人一定會記得非相對論量子力學中諧振子的能級為, 其中是所謂真空零點能.

下面我們將會看到, 這是 Heisenberg 不確定性原理導致的結果:

諧振子的能量.

Heisenberg 不確定性原理為: . 代入上式:

. 根據均值不等式, 有.

其物理解釋為, Heisenberg 不確定性原理導致了任何量子力學系統都存在漲落, 包括真空. 在真空中, 這一漲落體現為零點能.

由於乙個量子場的自由度是無窮大的, 相當於空間中每一點都有這樣乙個諧振子. 這無窮多個諧振子的零點能相加導致了量子場的零點能發散.

(其實零點能發散並不是乙個那麼嚴重的問題. 因為我們並不能直接測量零點能, 而測量的是任何能量與零點能的差值. )

從自然數之和是多少？到 Casimir 效應早在大約一年前, 我回答過這樣乙個問題: 自然數之和是多少？

並在那裡提到了1+2+3+4+...這個求和與所謂 Casimir 效應有緊密聯絡. 現在我終於有機會稍微解釋一下什麼是 Casimir 效應.

之前說到真空中存在量子漲落, 還有無窮大的零點能. 我們能否在實驗上驗證這一點? 畢竟乙個物理學理論正確與否, 關鍵就在於它能否經得起實驗的考驗. 答案是肯定的.

我們在真空中放三塊板, 它們之間的距離如下圖所示.

真空的能量為諧振子的零點能. 這裡的諧振子為板之間的振動模式: , 對應的頻率為. 這是由真空中的場在板的邊界處振幅為零的邊界條件所得到的.

因此系統的零點能

. 其中.

上面就出現了對所有自然數的求和. 它顯然是發散的. 發散的原因是我們對所有的振動模式求和的緣故.

但由於板在物理上不可能以任意高的頻率振動, 因此為了得到物理的結果, 我們必須對求和做截斷. 在自然數之和是多少？ - andrew shen 的回答中, 我引入了乙個的"權重因子".

當時, "權重因子"趨於零. "權重因子"確實可以起到截斷高頻振動的效果.

引入權重因子之後的計算結果為:

當時, 發散. 這是因為就相當於沒有權重因子. 中間的板所感受到的力應當為: .

取的極限, 消除權重因子的作用, 我們發現板感受到的力為有限值: . 當時, 力簡化為.

這是乙個吸引力. 實驗物理學家們的測量表明真空中的兩個板之間確實存在這樣的吸引力. 我們並沒有假設板之間存在任何直接的相互作用. 這個吸引力完全是由板之間的真空導致的.

原子的自發輻射現象除了 Casimir 效應, 真空中量子場的漲落還會帶來很多其他可觀測的效應.

比如我們知道原子在電磁場中有: 受激輻射, 受激吸收, 自發輻射這三個現象. 其中自發輻射說的是, 在沒有任何外界作用下, 激發態原子的電子自發地從高能級向低能級躍遷, 同時發射出乙個能量為的光子.

這粗看起來與量子力學的基本原理相違背. 量子力學告訴我們, 當電子處於原子的某一能級時, 是能量本徵態. 在沒有外界作用時, 電子將永遠處於這個能量本徵態.

量子力學基本原理應該是不會出錯的, 那究竟是什麼使電子自發向低能級躍遷呢?

是真空. 是真空中的量子漲落與電子發生了相互作用, 這個漲落帶來的擾動使原子向低能級躍遷. (用場論的語言說, 是真空中的漲落產生了虛光子.

儘管我盡量避免使用虛粒子的語言. 因為它容易給初學者帶來困惑. )

A loose end這個回答已經寫得很長了, 是時候結束了. 總結一下:真空裡面有什麼?

真空中有豐富的物理. 真空中存在量子場的漲落, 這導致真空的零點能. 這個零點能會帶來可觀測的物理效應:

Casimir 效應, 即真空中的兩塊板之間存在吸引力; 自發輻射, 即原子在真空的漲落下的受激輻射...

到這裡你也許會問: 咦? 以太復活了? 我想在某種程度上, 是的. 引用豆瓣物理組組長 E 大的一段話:

把真空看成物質是早已存在的觀念，而且以前還有個名字，那就是「以太」，現在我們叫它「量子場」。量子場論的出現，實際上意味著以太的復活，但是somehow在物理學共同內部，大家都保守著這個秘密。因為我們要對抗民科，民科是不會去touch量子場論的，這樣以太就安全了。

幾點註記:如果你對固體物理有所了解, 就會發現 Dirac 的電子海影象在固體物理中有完美對應. 在半導體中, 價帶被電子完全填滿, 相當於 Dirac 的電子海, 而導帶全空.

如果有電子從價帶被激發至導帶, 那麼將會在價帶中產生乙個帶正電荷的空穴.

實際上真空在物理學中也不是乙個 well-defined 的概念. 在不同的能標下可能有不同的真空. 這裡答主說的真空實際上很狹義地指 QED 真空.

QCD 的真空有更豐富的物理, 但這已經超出了答主的能力範圍.

有關 Casimir 效應答主參考了 A.Zee 的《Quantum Field Theory in a Nutshell》的 I.9 節.

答主並不是高能物理方向的. 上面所說難免有不準確之處.

真空裡面有什麼？

蠶蛹裡面有什麼？

班級裡面有什麼勾心鬥角？

禪房裡面有什麼

其他用戶還看了：