1. Вакуум - нет частиц

Есть много сцен, связанных с вакуумом в жизни, таких как вакуумная упаковка, вакуумный термос и так далее. В промышленности, пока среда ниже стандартного атмосферного давления может называться "вакуумом", но в зависимости от различного давления их можно разделить на низкий вакуум, высокий вакуум, сверхвысокий вакуум и другие различные степени вакуума. Например, в старшей школе я узнал о "тесте полушария Мадбурга", металлическом шаре, который многие лошади не могут открыть, и это среда с высоким вакуумом.

В воображении большинства людей, пока мы удаляем весь воздух из контейнера, не оставляя воздуха, это должен быть настоящий вакуум. Но этот вид вакуума может означать только то, что воздуха нет, это не означает, что на самом деле ничего нет. Точно так же, как мы думаем о пространстве за пределами атмосферы как о вакуумной среде, но на самом деле в космосе есть все виды излучения и частиц, такие как космические лучи, по крайней мере, если вы видите свет, в нем должны быть фотоны. Даже если бы вы заблокировали все внешнее излучение (включая космическое микроволновое фоновое излучение), сам контейнер все равно содержал бы излучение. Ведь теоретически тепловое излучение существует во всем, кроме абсолютного нуля.

Итак, если есть идеальная среда, которая полностью замкнута, в ней нет частиц и не производит собственного излучения, то она действительно считается абсолютным вакуумом в электромагнитном смысле. Это просто такой вакуум, которого в реальности явно не существует.

2.Вакуум не пустой

Хотя в реальности электромагнитного вакуума нет, если такой вакуум есть, неужели в нем ничего нет? Конечно, нет, у реальной частицы его нет, но в нем есть виртуальная частица.

Что такое виртуальная частица?

Сколько бы вы ни знали о квантовой механике, вы, вероятно, слышали о принципе неопределенности Гейзенберга. Можно сказать, что это один из основных и нижних принципов квантовой механики. Проще говоря, это означает, что для определенных физических величин (сопряженных величин с коммутативными операторами), таких как положение и импульс, время и энергия, мы не можем знать точные значения обоих.

В случае позиции и импульса, когда мы точно измеряем позицию частицы, ее импульс не может быть точно измерен, и наоборот. Примечание: это "нельзя измерить точно" не означает, что технология не может достичь и не заблокирована Томоко, но теоретически это невозможно. Вот почему название принципа изменилось с первоначального "принципа неопределенности" на более поздний "принцип неопределенности".

Точно так же для пары физических величин, времени и энергии мы не можем одновременно определить. Если мы ограничим время очень коротким масштабом (временной точностью), то энергия становится очень неопределенной. Это явление одинаково даже для вакуума: за очень короткое время энергия вакуума может не равняться нулю, и некоторая энергия появится из воздуха, что проявляется случайной генерацией пары положительных и отрицательных частиц в вакууме, которые мы называем виртуальными частицами.

Почему "виртуальный"? Потому что остается только на бумаге. Вот и получается, что если предположить, что здесь две частицы, то весь процесс очень удобно описать. И дело в том, что эти две частицы скоро аннигилируют друг с другом и исчезнут, а энергия, которая появляется из воздуха, будет возвращена в вакуум, как ни в чем не бывало. Это называется "квантовой флуктуацией вакуума". Из этого мы видим, что "сохранение энергии" - это не железный закон, это больше из целого.

Итак, с макроскопической (временной шкалы растяжения) точки зрения вакуум это вакуум, и в нем нет частиц (реальных частиц); Но с микроскопической (укороченной временной шкалы) точки зрения вакуум полон виртуальных частиц, создаваемых квантовыми флуктуациями, поэтому мы говорим "вакуум не пуст".