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真空概念之沿革 杨保河 李建国 郑州师范高等专科学校 （450044） 摘　要：沿着历史的脉络，比较简明地介绍物理学中真空概念的演变，指出这种变化对物理学的影响。 关键词：经典真空；量子真空；真空模型 The evolution of vacuum YANG Bao-he Li jian-guo (Department of Physics，Zheng Zhou Normal College， Zheng Zhou， 450044) Abstract:：Along the historical context, more concise description of the evolution of the concept of the vacuum in physics, pointing out that the impact of this change of physics. Key words：classical vacuum ; Quantum Vacuum ; vacuum model. 真空是什么？无论是古代、近代还是现代时期，为了弄明白这个问题，无数的科学工作者投身其中，甚至是用毕生的精力去探究。千百年来，真空概念的涵义是一波三折，在不断地被变化着！本文沿着历史的脉络探究真空涵义的变迁过程，希望能给教授者、学习者一定的启示。 1．真空概念的西方源起 “真空”概念最早提出于公元五世纪古希腊时期，当时在自然哲学中称为虚空，直到十五世纪前，人们对真空的认识存在着两种截然相反的观点。一种是以哲学家德谟克利特为代表的原子论者认为，自然界是由原子和虚空组成，原子是组成物质不可分割的最小微粒，虚空是一种空虚的、不含任何物质的空间，原子和虚空结合，形成了各种各样的客观世界。另一种是以亚里士多德为代表的学者不赞成原子论者提出的虚空，他们认为：“如果有虚空，就不可能有任何运动，因为虚空是没有差异的，其中不可能进行任何自然运动，如果物体是运动着的话，在虚空中将会由于受不到任何介质的阻碍作用而以无限大的速度通过虚空。无论如何，一般意义的运动不必要有虚空作为条件”。[1]亚里士多德学派认为，宇宙充满着物质的连续体——“以太”，“以太”，无处不在，且永远是静止的。 可见，十五世纪前的自然哲学，就真空概念本身而言，真空就是指空无一物的空间。 2．托里拆里真空 从原子论者提出 “虚空”后的相当长一段时间里，西方一直流行“以太无处不在”的观点。直到17世纪初，著名的托里拆利实验人工制造出物理真空，才使亚里士多德的观点受到了挑战。为了证明真空真的存在，在1646一l647年帕斯卡曾用两根一端封闭的玻璃管（一根用水，另一根用葡萄酒）当众公开做过托里拆利实验，并于1647年10月出版了《关于真空的新实验》一书，详述了托里拆利实验、虹吸管实验等等类似的实验后指出：实验中出现的管内的空隙就是虚无的空间，什么都不存在。从此以后，几乎所有的人都认为，真空就是虚空，即通过物理实验手段除去一切能够除去的物质（固体、液体和气体）以后剩下的空间。 3.牛顿的绝对空间 1687年《自然哲学的数学原理》一书的出版，标志着牛顿力学的建立。牛顿力学的图像正是建立在绝对虚空空间基础之上的，在牛顿看来，物体要做机械运动，必须有“空”的空间存在，就像演戏必须有舞台一样。用牛顿自己的话来说：“绝对的空间，就基本性而言，是与外界任何事物无关，而永远是相同的和不动的”。因此，牛顿的绝对空间就是指物质以外的空架子，即空无一物的绝对空间——真空。 4.爱因斯坦真空 17至18世纪由于光的波动说的发展，“以太”概念又重新登上历史舞台，特别是1888年电磁波以光速传播的预言被证实后，“以太”的存在在学术界又被广泛的认可。但是，到19世纪末，迈克耳逊——莫雷实验对以太的否定，又一次动摇了人们的以太观。1905年，爱因斯坦在狭义相对论中，也摈弃了，“以太”概念，认可绝对真空的存在，即实物和电磁场都不存在的那些空间——真空。狭义相对论就是建立于此基础之上。值得我们思考的是，爱因斯坦在广义相对论中又重新肯定了“以太”。在《论以太》和《物理学中的空间、以太和场的问题》中指出：以太、真空和场指的是物理性质同一的物理实在，只是名称不同而已[2]。 5．光子真空 1927年，著名的物理学家狄拉克在《辐射的发射和吸收的量子理论》一文中用微扰法和波动法研究了原子和电磁辐射场的相互作用问题。狄拉克在证明哈密顿量能导致辐射和吸收所遵循的爱因斯坦定律时提出：“光子有一种特性，即当它处于定态亦即零态时，它就很快消失，所谓零态即这种态的动量、能量均为零。当一个光量子被吸收的时候，这个光量子可以被认为是跃迁到了这种零态，而被发射时可以被认为是从零态跃迁到了一种物理可观测态，这样它就产生了。因为被产生的光子数没有