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真空真的是空的吗?原来里面还有看不见的东西

 楚科奇0118 2020-08-10

当我们面前出现“真空”这个词汇,总会以为真空就是个空无一物的空间。最直接的例子就是宇宙,虽然能在宇宙这个大背景下还存在许多恒星、行星甚至黑洞等天体,但在这些天体与天体之间,我们一般把其中大部分的空间理解为接近真空的。

在地球上,我们也可以利用精密的仪器“制作”出一块接近真空的领域。1654年,就有科学家用铜制作了两个大半圆球,并把它们对接在一起密封起来,紧接着用他自己制作的抽气机将球内的空气抽出,此时球内被抽走空气的空间就叫做真空。

真空不“空”

到了科技发达的今天,我们已经明白这样制造出的空间并不是真正的真空,就算用上比那时精密度更高的仪器,也仍不能完全保证里面已经不含一丝一毫的空气。在常温常压的情况下,每立方厘米空间内的气体分子就超过数千亿个。大型强子对撞机中,为了防止被加速的粒子与对撞机内的空气分子进行不必要的碰撞,需要将机器长期保持真空的状态,即使在这样高度精密的空间,每立方厘米空间也会含有约数千个气体分子。

但不管科学家怎么努力,科学的界限告诉我们——以目前的技术水平还做不到抽取完全真空的空间。这种抽取空气的方式叫做技术真空,它并不是空的。

看不见的东西

如果真的有一小块区域,里面真的没有哪怕一个空气分子了,是否就可以认为这就是“绝对真空”了?其实不然,电磁波也会在其中活跃的。这里有个最简单的实验:在一个盘子里撒上铁屑,再将盘子里的空气抽走,拿出两块磁铁放在盘子上,我们就能清楚地看到铁屑被吸附的情景。

虽然上面的实验是证明磁场的存在,但只要有磁场,就能分析出另一种场:电场。也正是这种我们熟悉的场,我们才会在冬天脱下毛衣后感觉到噼里啪啦的放电声、触碰金属门把手时会发出滋啦的声响。如果你遇到暴雨天气,手中恰好又拿着一个指南针,你就能看到随着周围闪电飞舞的同时,手里指南针的方向也发生了偏转。

电场与磁场之间当然也有很深的联系,不过从最后结果(电场与电磁之间的关系简直又臭又长)来看,麦克斯韦证明了电场与电磁之间是可以相互纠缠的。最终它们被命名为电磁场,它可以通过电磁力作用于其他物体,电磁波(以波动的形式传播的电磁场)就是其中最活跃的。

除了电磁场,我们还能在真空中发现各种各样的场——引力场、核子场等。这样看来,真空里面的东西真的不少,甚至连一束光都可以穿过去。

从前,我们凭双眼窥探这个世界,看到周围是空旷的,就以此来认为周围的空气是“空”的。但其中的一小部分人却抱有怀疑的态度,后来才发现了原来空气中也有分子原子的存在;现在,我们凭精密的机器探索这个世界,却再也不敢声称见到的事物就是其本来的样子。也许正是这种探索与怀疑的精神,才是支撑人类能长久屹立生物之巅的原因之一。

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