真空

{{百科小圖片|bkkrv.jpg|真空管}}
'''真空'''（vacuum）在真空科學(xué)中，真空的含義是指在給定的空間內(nèi)低于一個(gè)大氣壓力的氣體狀態(tài)。人們通常把這種稀薄的氣體狀態(tài)稱為真空狀況。這種特定的真空狀態(tài)與人類賴以生存的大氣在狀態(tài)相比較，主要有如下幾個(gè)基本特點(diǎn)：

（ 1 ）真空狀態(tài)下的氣體壓力低于一個(gè)大氣壓，因此，處于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(qiáng)差的大小由容器內(nèi)外的[[壓差]]值而定。由于作用在地球表面上的一個(gè)大氣壓約為 101325N/m^2，因此當(dāng)容器內(nèi)壓力很小時(shí)，則容器所承受的大氣壓力可達(dá)到一個(gè)大氣壓。

（ 2 ）真空狀態(tài)下由于氣體稀薄，單位體積內(nèi)的氣體[[分子]]數(shù)，即氣體的分子密度小于大氣壓力的氣體分子密度。因此，分子之間、分子與其他質(zhì)點(diǎn)（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(shù)相對減少，使氣體的分子自由程增大。 

<b>物理真空</b>

本指沒有任何實(shí)物粒子存在的空間，但什么都沒有的空間是不存在的。而假設(shè)你把一個(gè)空間的氣體都趕跑，會發(fā)現(xiàn)還是不時(shí)有基本粒子在真空中出現(xiàn)又消失，無中生有。物理上的真空實(shí)際上是一片不停波動(dòng)的能量之海。當(dāng)能量達(dá)到波峰，能量轉(zhuǎn)化為一對對正反基本粒子，當(dāng)能量達(dá)到波谷，一對對正反基本粒子又相互湮滅，轉(zhuǎn)化為能量。

<b>工業(yè)真空</b>

工業(yè)上的真空指的是氣壓比一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓小的氣體空間，是指稀薄的氣體狀態(tài)，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。一般是用特制的抽氣機(jī)得到真空的。它的氣體稀薄程度用真空計(jì)測定，現(xiàn)在已能用分子抽氣機(jī)和擴(kuò)散抽氣機(jī)得到0.0000000001大氣壓的高真空。真空在科學(xué)技術(shù)，電真空儀器，電子管和其他電子儀器方面，都有很大用途。{{百科小圖片|bkkrw.jpg|真空斷路器}}<table><tr><td align="" width="66"> </td><td align="" width="66">真空區(qū)域托(Torr）</td><td align="" width="66">壓強(qiáng)范圍)帕(Pa)</td></tr><tr><td align="" width="66">低真空</td><td align="" width="66">760~10</td><td align="" width="66">101325~1333</td></tr><tr><td align="" width="66">中真空</td><td align="" width="66">10~10-3</td><td align="" width="66">1333~1.33×10-1</td></tr><tr><td align="" width="66">高真空</td><td align="" width="66">10-3~10-8</td><td align="" width="66">1.33×10-1~10-6</td></tr><tr><td align="" width="66">超高真空</td><td align="" width="66">10-8~10-12</td><td align="" width="66">10-6~10-10</td></tr><tr><td align="" width="66">極高真空</td><td align="" width="66">＜10-12</td><td align="" width="66">＜10-10</td></tr></table>　<b>正負(fù)電子對撞機(jī)</b>

正負(fù)電子對撞機(jī)的作用絕不僅僅是一對正負(fù)電子相撞產(chǎn)生[[光子]]和能量那么簡單，一對光子也可以相撞產(chǎn)生一對正負(fù)質(zhì)子之類，而相撞使相撞所處的那部分真空可以激發(fā)到高能態(tài)，可以產(chǎn)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(wù)。　　
==人類對真空認(rèn)識的歷史發(fā)展==
人類關(guān)于真空的認(rèn)識經(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的性質(zhì)，它可以看成是描述萬物運(yùn)動(dòng)的絕對靜止的參考系。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論，再次否定了這種作為絕對靜止以太的存在。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。{{百科小圖片|bkkrx.jpg|真空泵}}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，每一種粒子對應(yīng)于一種量子場，粒子就是對應(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。對于真空的認(rèn)識尚屬初級探索階段，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?！　?==真空的性質(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[[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(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)。大和小是相對而言的。時(shí)間也是相對于空間而言的，時(shí)間不能脫離了具體的空間而單獨(dú)的存在。　　
==真空和微重力環(huán)境利用技術(shù)==
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]]會發(fā)生沉淀，處在沉淀中的微生物會因[[缺氧]]而死亡；如輸氧攪拌，所形成的[[低壓]]小氣泡又會破壞[[細(xì)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(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?？筛咝?、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.　　
==物理學(xué)真空==
物理學(xué)真空，是指對實(shí)驗(yàn)結(jié)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(yùn)動(dòng)的物體，就與在真空中的，有同樣的規(guī)律。

當(dāng)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(fā)聲功率，聲音又能被接收到，我們只能說“這個(gè)真空度，對現(xiàn)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(huán)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?yàn)槿祟愖霾坏侥菢拥恼婵铡＃ㄟ@是推論，不是證明）另外，光粒子可以在真空中傳播，還將與另一定律沖突：在不受外力的真空中，物體將做勻速直線運(yùn)動(dòng)，而不會是波動(dòng)。

光在玻璃中的速度，只相對玻璃恒定，無論玻璃對其它參照系如何運(yùn)動(dòng)，所有人都應(yīng)該承認(rèn)，玻璃、空氣、水等能傳播光的就是光介質(zhì)，以前錯(cuò)誤的假設(shè)以太介質(zhì)，不等于光就必然不能有介質(zhì)。

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”參照系是恒定光速，請仔細(xì)閱讀愛因斯坦《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》，這個(gè)“靜止”，就是介質(zhì)參照系。因此愛因斯坦的論述，在這個(gè)條件下是成立的。大學(xué)教材《普通物理學(xué)1》假設(shè)任何參照系測得的真空中的光速恒定，那么所論述的相對論結(jié)論，也只在真空條件有效，然而大家哪個(gè)相對論實(shí)驗(yàn)，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(xué)教材的論述，不能證偽，也無法證實(shí)，不是科學(xué)。

<b>質(zhì)疑：</b>

聲波與光波，在此問題上不具有可比性。

聲波載體需具有靜質(zhì)量，光波載體或說光子或說電磁場不具有靜質(zhì)量。

這是兩種完全不同的沒有可比性的波動(dòng)。

物理學(xué)真空，不是指對實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有影響的條件，而是指靜質(zhì)量密度下降到特定條件以下的空間區(qū)域。

極致的物理學(xué)真空，就是用現(xiàn)有的物理學(xué)手段，“探測不到非零靜質(zhì)量密度”的空間區(qū)域。

注意，物理學(xué)真空，本身就是具有能量狀態(tài)的空間區(qū)域，或說是一種能量場區(qū)域、力場區(qū)域。

所以，物理學(xué)真空，純粹地定義，可以說是只能傳遞力場波動(dòng)的區(qū)域。即不能傳遞機(jī)械波等需靜質(zhì)量載體的波動(dòng)。

而哲學(xué)上的“真空”，純粹是夠純粹了，但對我們物理世界而言，其存在是“零存在”，也即不存在，也沒有存在的意義。

<b>真空專業(yè)
</b>

開設(shè)學(xué)校：合肥工業(yè)大學(xué) 和 東北大學(xué) 

合肥工業(yè)大學(xué)：真空專業(yè)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)四大模塊（機(jī)械設(shè)計(jì)，機(jī)械制造，機(jī)電一體化，真空）之一。真空作為一門交叉性極強(qiáng)的學(xué)科，其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)滲透到包括機(jī)械、電子、生物工程、材料科學(xué)、表面科學(xué)等各行各業(yè)之中。特別是近年來，一些新興技術(shù)的飛速發(fā)展，給真空技術(shù)提供了越來越廣闊的應(yīng)用舞臺。從各種具有特殊功能的納米材料研制，到集成微機(jī)電系統(tǒng)的制造、從大型粒子加速器及受控核聚變的運(yùn)轉(zhuǎn)，到人造衛(wèi)星、宇宙飛船的成功上天，真空作為不可或缺的技術(shù)和條件，已經(jīng)被越來越多的人們所充分認(rèn)識。

真空模塊前身是真空獲得技術(shù)及設(shè)備專業(yè)，成立于1974年，是國內(nèi)僅有的兩個(gè)真空專業(yè)之一。30多年來已經(jīng)培養(yǎng)本科畢業(yè)生1000余名。他們在國際國內(nèi)真空科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域大顯身手、大展宏圖，取得了驕人的業(yè)績，其中不乏總工、教授、總經(jīng)理、董事長。多年來，合肥工大真空專業(yè)畢業(yè)生不但活躍于國內(nèi)外高精尖科學(xué)研究舞臺，更是占據(jù)了國內(nèi)真空行業(yè)的半壁江山。

本專業(yè)1993年獲得“真空工程”碩士學(xué)位授予權(quán)，1997年根據(jù)國務(wù)院學(xué)位辦調(diào)整的學(xué)科專業(yè)目錄更名為“流體機(jī)械及工程”。 主干課程包括：機(jī)械學(xué)，控制工程，真空技術(shù)，薄膜技術(shù)等。

學(xué)科長期從事流體機(jī)械中稀薄氣體(真空技術(shù))方面的研究，造就了一支結(jié)構(gòu)合理、學(xué)術(shù)水平高、科學(xué)研究和工程實(shí)踐能力強(qiáng)、經(jīng)驗(yàn)豐富的學(xué)術(shù)隊(duì)伍，上世紀(jì)90年代以來，已獲得國家重大裝備科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，國家發(fā)明三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級科技進(jìn)步二、三等獎(jiǎng)6項(xiàng)，發(fā)明專利5項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇。已培養(yǎng)碩士研究生40余名。經(jīng)過多年的建設(shè)與發(fā)展，本學(xué)科現(xiàn)已形成5個(gè)穩(wěn)定的、特色明顯的學(xué)術(shù)研究方向：流體機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法，流體測量與控制技術(shù)，真空應(yīng)用技術(shù)，薄膜技術(shù)，微納米加工技術(shù)。近年來主持承擔(dān)國家高科技計(jì)劃863探索導(dǎo)向類項(xiàng)目、國家自然基金、科技部創(chuàng)新、安徽省自然基金，以及多項(xiàng)企業(yè)合作項(xiàng)目。 

<b>真空系統(tǒng)：</b>

真空系統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料是構(gòu)成真空系統(tǒng)主體的材料，它將真空系統(tǒng)與大氣隔開，承受著大氣壓力。這類材料主要是各種金屬和非金屬材料，包括可拆卸連接處的密封墊圈材料。

真空系統(tǒng)的返流包括擴(kuò)散泵泵液從擴(kuò)散泵向真空室的遷移和機(jī)械泵油對系統(tǒng)（特別是真空室）的有機(jī)污染物。油擴(kuò)散泵工作時(shí)，不管使用什么樣的泵油，即使泵口加[[冷阱]]，也總會或多或少地有一部分油蒸氣返流進(jìn)入高真空端。它們在擴(kuò)散泵口建立的壓力，有時(shí)比在泵壁溫度下的[[飽和]]油蒸氣壓還要高很多。這不但影響真空系統(tǒng)的極限壓力，而且還對被抽容器造成污染，因而返油率是擴(kuò)散泵系統(tǒng)的主要考核指標(biāo)。

本專業(yè)畢業(yè)生基本理論扎實(shí)，專業(yè)口徑寬，實(shí)踐能力強(qiáng)，思維活躍，富于開拓精神，社會需求量大，一次就業(yè)率高。主要進(jìn)入國內(nèi)重點(diǎn)研究院所、信息產(chǎn)業(yè)、航天、國家大科學(xué)工程以及國有大型企業(yè)，大多為京、津、滬、廣東等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。

真空包裝真空包裝將食品裝入包裝袋，抽出包裝袋內(nèi)的空氣，達(dá)到預(yù)定真空度后，完成封口工序。 真空充氣包裝將食品裝入包裝袋，抽出包裝袋內(nèi)的空氣達(dá)到預(yù)定真空度后，再充入氮?dú)饣蚱渌旌蠚怏w，然后完成封口工序。

真空包裝的主要作用是除氧，以有利于防止食品變質(zhì)，其原理也比較簡單，因食品霉腐變質(zhì)主要由微生物的活動(dòng)造成，而大多數(shù)微生物（如霉菌和酵母菌）的生存是需要氧氣的，而真空包裝就是運(yùn)用這個(gè)原理，把包裝袋內(nèi)和食品細(xì)胞內(nèi)的氧氣抽掉，使微生物失去生存的環(huán)境。 

<b>真空測量:</b>

現(xiàn)在真空測量的傳感器, 大部分都是用電離規(guī), 并且在中程真空范圍用途最廣泛。常用的[[電離真空規(guī)]]測量儀, 都采用模擬電路控制發(fā)射電流, 并把它當(dāng)成固定數(shù)來運(yùn)算, 這樣會產(chǎn)生一些不足之處, 例如: 由于外界干擾或元器件老化造成電流有偏差; 或控制環(huán)中的漂移產(chǎn)生不穩(wěn)定, 由此而導(dǎo)致測量誤差較大。為消除此類不良現(xiàn)象, 我們應(yīng)用現(xiàn)代控制理論—PID和Fuzzy控制, 采用數(shù)字電路控制發(fā)射電流, 控制環(huán)中都用16位的高分辨率A/D和D/A,且把發(fā)射電流測量值參入運(yùn)算, 允許發(fā)射電流有一定的變化范圍。這樣既提高了測量精度, 又在它們的線性區(qū)域內(nèi)擴(kuò)充量程。

[[分類:物理學(xué)]][[分類:容器]]