
在91香蕉国产在线观看软件的傳統認知裏,真空往往被視為一個空無一物的空間,是物質和能量的絕對缺失區域。但現代物理學卻告訴91香蕉国产在线观看软件真空不僅不空或許還十分“熱鬧”。
“真空”的物理學定義是指在給定的空間內,壓強低於101325帕斯卡(也即一個標準大氣壓強約101KPa)的氣體狀態。
國際上通常把真空度劃分為低真空、中真空、高真空和超高真空四個等級,其劃分標準沒有嚴格規定,可大致劃分如下:
低真空度(<105~102Pa)——利用低真空獲得的壓力差來夾持、提升和運輸物料,以及吸塵和過濾,如吸塵器、真空吸盤等。
中真空度(<105~10-1Pa)——中真空一般用於排除物料中吸留和溶解的氣體或水分,以及真空隔熱和絕緣,如食用品的真空冷凍、真空幹燥、真空包裝等。
高真空度(<10-1~10-5Pa)——利用高真空殘留氣體密度小,與任何物質化學作用微弱的特點,可以進行真空冶煉、真空鍍膜、真空器件的生產。典型代表如真空玻璃,是指兩片或兩片以上平板玻璃以支撐物隔開,周邊密封,在玻璃間形成真空層的玻璃製品。從原理上看,真空玻璃低於10-1pa的真空層,使氣體傳熱、傳聲可忽略不計。
超高真空度(<10-5Pa)——超高真空狀態下,幾乎沒有其他原子或分子的存在,具體可用作宇宙空間環境的模擬、表麵物理、表麵化學的研究等。
在古希臘時期,哲學家們就開始了對"空"的思考。德謨克利特的原子論認為所有物質都由原子組成,原子之外就是虛空,這可以說是真空概念的最早雛形。而亞裏士多德則持相反觀點,提出"自然界厭惡真空"的論斷,認為物質會自發填充所有空隙,不存在真正的"空空間"。
1643年,意大利科學家托裏拆利進行了劃時代的實驗。他將一根約1米長的玻璃管灌滿水銀後倒置在水銀槽中,發現水銀柱下降到76厘米高度後不再下降,玻璃管上端形成了一段沒有水銀的空間,這是人類首次用人工方法獲得的"托裏拆利真空",托裏拆利實驗所獲得的空間,其壓力約為水銀蒸氣壓,在當時的技術條件下被認為是“真空”,但以今天的標準看,其中仍有極少量的氣體分子。
1654年:馬德堡半球實驗德國馬德堡市市長奧托·馮·格裏克發明了活塞真空泵,並進行了著名的馬德堡半球實驗。他用真空泵將兩個銅製半球內的空氣抽掉在半球內部形成低壓狀態,從而利用大氣壓來演示其威力。
1850年和1865年,先後發明了汞柱真空泵和汞滴真空泵,為白熾燈泡(1879年)、陰極射線管(1879年)等產品的製造提供了技術基礎。
1905年,德國蓋得發明了機械泵;1906年,皮拉尼發明熱阻真空計;1913-1915年,蓋得先後發明了分子泵和擴散泵;1916年,貝克利發明了熱陰極電離計。
真空為什麽重要?真空技術在現代科技中無處不在!從保持食物新鮮的真空包裝,到防止燈絲氧化的真空燈泡,再到高端科技領域如半導體芯片製造和航天科技,真空都扮演著不可或缺的角色。在芯片製造中,真空環境確保了納米級工藝的純淨度;而對航天器來說,真空不僅是它們的工作環境,也是在地麵模擬測試的必要條件。
如今人類已經可以製造出10-12帕的極高真空,這比典型星際空間還低幾個數量級。而在測量技術方麵,現代真空計已經能夠精確捕捉到極其微弱的氣體分子變化,使得真空狀態的獲取和監測更加可靠與高效。
狄拉克在求解相對論性電子方程時,為了解釋負能解的困境,提出了"狄拉克海"假說:真空並非空無,而是填滿了負能態電子的"海洋"。
安德森在宇宙射線中發現了正電子,直接驗證了狄拉克的理論,讓人們意識到真空是粒子與反粒子的"儲備池"。
現代量子物理發現,真空其實並不空。即便在看似完全空無的空間中,量子場仍處於不斷漲落的基態,即‘量子真空態’。根據海森堡不確定性原理,在極短時間內,真空會隨機產生一對正反粒子(如電子和正電子、誇克和反誇克),它們瞬間湮滅,將能量歸還給真空。1948年,卡西米爾設計了巧妙的實驗證明這一現象,在真空中兩塊非常接近的金屬板會因為真空漲落而產生微小的吸引力。所以,真空並非91香蕉国产在线观看软件想象的“空無一物”。
真空技術是未來產業創新發展的關鍵基石,其進步將直接決定在高端製造和前沿科技領域能否取得突破。