何謂「虛真空」？

以下解答由兩位物理學碩士的畢業生提供:

A.

要徹底明白'虛真空'., 可能要認識量子力學..還有宇宙學中的 '暴脹理論' ....但可以試下簡單地回答一下:

古典物理學中 '真空' 指的就是沒有任何東西存在; 但是相對論出現後, 我們知道質能(mass, energy)可以互換, 真空中並不是真的什麼都沒有, 所以真空便改定義為 '能量最低的物理狀態' . 真空中其實有很細微而迅速的能量起伏,快到觀測不到,所以我們感覺上它是空的.. 而真空中之所以會有能量起伏, 可以用量子力學論中的 ' 測不準原理'解釋...(這裡不作解釋)

真空能量起伏能夠導致有些粒子可以有時存在, 有時消失. 這些轉眼間消失的粒子叫 '虛粒子' ..所以有科學家說, 這樣的真空是 '虛真空'....若是 "真真空", 那麼就真的是什麼都沒有了, 沒有任何粒子和能量起伏...

另外, 我想信Yahoo發問的人是誤會了wikipedia中那句句子, 它不是指最後會變成 '虛真空'....因為其實我們正處於 '虛真空'狀態.... Wikipedia那句句子應該指的是, 雖然現在這 '虛真空' 狀態已經維持了上百億年, 但它未必就是穩定的, 有可能有其他狀況出現...其中一個可能性是萬一宇宙突然出現一個'真真空'的'泡泡' (bubble), 它就會以光速膨脹, 最後把 '虛真空'全部吞併...

B.

我想問題中所指的危機, 應該是由"虛真空"變成"真真空"(我譯得好怪...好似薯片名 )...

所謂"真空"在這裏的意思, 大約就是在量子場論(quantum field theory)之中的"空間"的意思. 所謂虛真空(英文應該是false vacuum), 就是一個不在最低能態的局部穩定的空間. 可以想像成一個窩左落一個potential well的local minimum狀態. 雖然這空間是局部穩定, 但它不是處於最低能態的. 即是說, 通過穿隧效應(tunneling, 又或者fancy D 有人叫instanton effect 瞬子效應), 在這狀態的虛真空有可能突然跳至另一最低能態的"真真空"(true vacuum).

問題是, 我們生活在這世上, 其實不知道自身所在的空間究竟是虛真空還是真真空. 如果我們所在的是虛真空, 而當這虛真空躍遷成真真空時, 那個新世界將擁有與現今世界截然不同的物理常數. 宇宙的一切將面目全非, 科學家估計那些新世界將不會存在我們常見的化學規則, 更不用提生命的形態了. 故如果這躍遷真的發生, 將會是個大災難.

說了這麼多, 究竟這跟large hadron collider有甚麼關係呢?

LHC會將粒子以極高速互撞. 有人擔心撞擊產生的強大能量(雖然只局限於一個甚小的範圍內)會導致一個"真真空"泡沫的出現(如果我們的現世是虛真空的話), 然後這真真空泡沫將使整個世界跳至真真空, 導致文明的滅亡.

暫時科學界的看法是LHC將不構成危險, 因我們在宇宙間可看到能量高達10^11GeV的粒子撞擊, 而地面上的粒子撞擊則只有10^3GeV. 但有人認為, 以粒子加速器的發展速度估算, 在約2150年, 粒子加速器的撞擊能量將達到10^11GeV的水平.

故事大約就講這麼多了. 值得注意的是, 因為出現"末日危機"恐慌, 導致傳媒廣泛報導關於LHC的"危機". 似乎甚少人關心LHC本身的研究目標及科學價值....有多少關於LHC的報導有提過standard model? Higgs Boson? Grand Unified Theory? 唉.....


來自星匯點的討論區:
http://starrix.org/bbs/viewthread.php?tid=281&extra=page%3D1

希望他們可以解答到你的問題.

其實虛真空這個詞是把古詞賦予新的意義

虛真空這詞是源自於大乘佛教中觀宗所強調

諸法皆空 空亦空

真正的佛法非有非空

非非有非非空

一切說法都是假說假名

但為了要讓一般人了解

就提出了真空這個詞

來解釋佛法的意指

佛所說的空

並非般概念上的空

而是真正的空

無法解釋的空

到了近代

這個詞就被物理學家用來指說宇宙中

沒有任何物質存在的地方

就是真空狀態

然後又被一般人用來指稱

沒有空氣的狀態

這也是現在最普遍的用法

但是一般所稱沒有空氣狀態的真空

裡面還是有稀少的物質

而宇宙中的真空雖然幾乎沒東西

但是每立方公尺(記憶中可能要查一下)的空間仍會存在著

一兩個氫子

而現今物理學有一門專門研究真空狀態的

研究的是

在原子核與電子之間沒有任何物質存在的區域

這是真正的真空

他到底有什麼性質

你或許會覺得這麼小的區域

會有什麼影響

不過做一個比喻

如果氫原子核(一個質子)有西瓜大小

那麼這的氫原子的電子環繞軌道

大約既有直徑兩公里

也就是把球周兩公里的空間扣掉西瓜的大小的部分

都沒任何東西

或是偶爾有少數的渺子微子等級細小的粒子穿過

所以真空區域其實遠比物質區域大多了

而人體是由原子組成的

也就是人體其實也含著有極大的真空區域

這個真空存在於任何物質中

所以也是物理上相當重要的課題



真空中 並不是完全 沒有物質喔!



何謂真空？

任何比大氣環境存在較少氣體之空間

如何產生真空？

從一個固定容器內移走空氣或其他氣體

何謂壓力？

單位面積所承受之垂直壓力

--標準大氣壓

--半導體工業上以Torr為壓力量測單位

--1 atm=760 mmHg=14.7 psi=760 torr



真空等級 (Rough Vacuum)

--粗真空

760~1 torr

--中真空 (Medium Vacuum)

1~10^-3 torr

--高真空 (High Vacuum)

10^-3~10^-7 torr

--超高真空 (Utra-High Vacuum)

10^-7 torr以下



至於真空的好處

應該說是因為其中的物質(灰塵、水氣)比表準大氣壓小

所以可以使放置於其中的物品設備

免於招受灰塵、水氣的侵蝕



真空包裝主要是方便保存及不佔空間

所謂真空是無大氣壓，在地表的壓力為1大氣壓。

把空氣抽走就是真空。真空包裝的枕頭打開後因棉花吸收空氣而

恢復原狀，棉絮沒有纏結只須輕輕拍打周邊就易恢復原狀。至於睡久了會扁扁的應是棉絮經長久不規則擠壓而棉絮越纏越緊密

導致體積變小