(Credits: xkcd #1486)
真空係乜?除左指一個人冇著底衫之外 ,對一般人嚟講,喺物理上真空就係乜都冇,冇任何物件、粒子,甚至係任何嘢都唔存在(除左時空之外),係(接近)完全嘅虛無。不過哩個人人都以為同「阿媽係女人」一樣冇得好拗嘅概念,喺現實物理學世界又啱唔啱呢
真·真空嘅辯論
的確,真空顧名思義就係一個冇任何物質嘅空間狀態。由古希臘開始,人類就不停咁爭論所謂真·真空究竟現實上有冇可能存在。當中哲學家亞里士多德(Aristotle)提出「恐怖真空/自然界厭惡真空」(horror vacui or “nature abhors a vacuum”) 嘅假說,話自然界唔存在真空哩樣嘢。不過受科技同物理知識嘅限制,當時哩啲爭論只係留於哲學層面或思想實驗階段,直到17世紀西方先真正開始出現物理實驗嘅研究。
(Credits: www.physics.org)
1641年,意大利物理學及數學家托里斯利(Evangelista Torricelli)做實驗去驗證伽利略(Galileo Galilei)嘅研究時,喺一條長管入面注滿水銀,用手指塞住一面開口,然後好迅速咁將管口倒轉放喺一個裝滿水銀嘅盆度。佢發現管入面水銀柱嘅末端大概係76公分高,而哩個時候玻璃管最上面無水銀地方呈現出局部真空嘅狀態。哩個實驗叫托里斯利實驗,而個器材就係人類最早發明出嘅氣壓計。跟住冇幾耐之後德國物理學家兼市長葛利克(Otto von Guericke)受啟發,提出馬德堡半球(Magdeburg hemispheres)實驗,發明咗人類第一個真空泵[1]。
後嚟隨著科技嘅發展,人類開始逐漸掌握及改良製造真空嘅技術,而家已經可以做到唔同程度嘅真空狀態出嚟。雖然係咁,但真·真空存唔存在哩個辯論係唔係就好似大部分人所諗咁已經有咗定論,亞里士多德嘅假說係唔係就壽終正寢呢
真空其實「有好多嘢」
(Image credits: Abigail Malate, Staff Illustrator at American Institute of Physics)
答案其實並唔係咁簡單,雖然喺宏觀上真空睇落好似乜都冇,但當放大到量子力學層面時,真空其實比你想像中複雜好多。就算將一個空間內嘅所有物質、空氣抽出,甚至真係做到將個空間完全同外界隔絕,空間嘅溫度達至接近絕對零度*,哩個空間都唔會係完全乜都冇嘅真·真空。根據量子場論(quantum field theory, QFT),宇宙入面嘅空間無時無刻都充斥住好多唔同大大小小嘅量子場。而粒子或物質其實係哩啲量子場喺唔同地方唔同嘅局部激發態(local excitation)嚟,每一種基本粒子對應住一種量子場,就好似光子係電磁場量子版本嘅局部激發態、電子/正電子係狄拉克電子場嘅局部激發態咁。
*任何有溫度嘅空間都會放出黑體輻射(blackbody radiation),即係有電磁波喺入面 | 302019/06/06, 5:42:55 凌晨 |
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