为纪念真空学会成立三十周年而作

曹辉玲
<北京真空电子技术研究所 北京100016>

摘要：真空是由空间V和粒子这个两个要素组成的。真空技术是研究空间从无穷小—常数—无穷大时，粒子的物理行为。 即本文着重阐述“真空属性”、“真空与环境”、“气压差”、“能量的获得”、“真空”与“真空技术”、“探索真空”全文共分三个方面叙述：（一）真空的属性；（二）真空技术的皇冠；1+1真空获得技术；（三）压强差：气候的改变。

关键词：，“属性”、“1+1真空获得技术”、“气压差”、“探索真空”

　　“真空”是一个十分古老而又现代概念。相对论是建立在借助光在“真空”中传播速度恒定原理。它是文明存在基础。104年过去了，人们不断地认识和应用真空。真空是什么？它的产生其属性。以及它对人类环境影响，均值将每一个真空工作者“回答”。气压差影响人类气候改变“气压差”是否属于“真空问题”也值得我们每一个真空工作者来“回答”。让我们用新理念认识“真空”、探索“真空”。

　　一、祖先“真空”运用的理念

　　拔罐疗法又称“负压疗法”，是用罐状器具扣在患处或穴位上，用烧火、温热或直接抽取罐中空气（或温水的方法造成罐中负压）使它紧吸在皮肤上，造成瘀血现象，从而起到治疗的一种常见的民间治疗方法。

　　拔罐疗法在我国古代称“角法”，是用牛羊角作罐子，后来改用竹管作罐子，最后又改为陶制罐子和玻璃罐子。早在公元284～363年间，晋代著名医学家葛洪（字雅川，自号抱朴子，江苏丹阳句容人。生于西晋太康五年（284年）卒于晋兴宁元年公元363年）著的“肘后备急方”中就提到“角法”。可以认为是中国拔罐疗法的起源；到了公元752年，唐代王焘著的“外台秘要”进一步阐述了角法的操作方法。在世界上许多国家如印度、希腊、前苏联等国使用这种疗法也有较长的历史。

　　压力差：祖先的真空运用理念比意大利物理学家1643年托里拆利的试验早1200年。

　　二、真空概念

　　“真空”概念是从一无所有的绝对虚空演化成当今内部结构极其复杂的真空的。从真空概念的历史发展。可以看出真空概念的内涵发生了根本性的变化。真空概念也是随着物理学的发展而不断的被否定和变革的。

　　1.在古代和经典物理学时期，关于绝对虚空概念本身是否存在的争论，随着不同理论的发展而不断起伏。

　　2.真空概念本身也经历了自我否定的过程。

　　3.现代物理学的发展，使真空概念又由绝对空虚的宇宙空间过渡到有着复杂结构的物质的一种特殊形态。真空概念经过自我否定过程使其更加趋于本质和完善。

　　现代物理学的“真空不空”与前人的“一无所有”显然是对立。可见真空概念与对应的物理理论是紧密相关的，并且对真空的研究一直是物理学的一个基本问题。

　　正因如此，随着新理论对旧理论的变革和发展，也必将影响人们对真空概念的理论。反过来，人们对真空概念的研究也必将促进物理学理论的发展。

　　70年代之后，粒子物理学的发展速度大大减慢，遇到难以攻克的难关。这就是夸克禁闭问题和物理理论的对称性与实验上出现对称破缺之间难解的矛盾。还有四种相互作用力的超大统一理论的各种建模尝试的失败。此外，还有夸克是否还有内部结构。电子等六种粒子是否还有内部结构？希格子粒子和磁单极是否实际存在？解决上述这些关键性难题，还在于阐明“真空”的本质是什么这一根本性问题。而这则要靠全新物理思想为根本指导和更高能量的加速器的实验来解决。

　　现代物理学中，真空概念是人们通过对场的量子规律的研究得出的。真空概念代表的物理内容完全不是真空概念的本意，所以真空概念本身是不太重要的。人们并不关心它是“假空”还是“真空”，也不去争论和追究这一点，人们所关心的是真空的物理学内容的存在，以及真空内涵的演化。

　　三、真空概念的内涵

　　真空是人们在猜测物质世界的构成及物质运动时提出的。1643年，意大利人托里拆利的物理实验证明了真空的存在。由整个经典物理学（相对于量子物理学）中真空概念的发展可知，真空指的是空无一物的空间。科学的发展表明，经典物理学不可能真正认识到真空的内涵，对真空本质的认识是随着量子理论的发展而突破的。量子电动力学中的真空已经不在是一个简单的空间，真空荷流密度和强场的起伏即虚粒子的产生和湮没赋予了真空极其复杂的结构和性质，真空可以被极化，真空荷实物粒子可以发生相互作用。

　　在现代物理学的各前沿领域中，关于真空理论的研究和探讨是异常活跃的，这反映了人们对真空的认识与现代物理学理论的发展是密切相关的。真空相变的研究无疑说明了真空完全类似于介质，不论此种介质象磁介质还是电介质，都将揭示真空物质性。现代物理学中，真空概念是人们通过对场的量子规律的研究得出的，因此人们注重真空的物理内容以及真空内涵的演化。

　　真空具有量子特征，而且具有相互独立的真空点，受激发时还具有稳定的介质特性，通常以磁导率u及电导率ε表示。这些都说明真空在组成上是不连续的，有量子化的组成单位。真空的基本组成单位称为真空元素，它是宇宙中的原始物质的个体，真空的介质特性是真空元素存在的结果，真空元素中携带有真空信息。真空介质特性是固有的，粒子从真空中产生，反过来又是粒子决定了真空。

　　四、人造真空———工程真空

　　“给定空间”的真空即人造真空是通过对一定容积进行排气而获得的。其真空度随残余气体所产生的低于大气压的压强的降低而增高。

　　真空就是指在给定的空间内，气体分子密度低于该地区一个标准大气压时气体分子密度的气体状态。

　　在工程应用上，真空指低于该地区大气压的稀薄气体状态。即分子密度小于约2.5×10¹⁹ 个/cm³。

　　真空技术是一门研究任何最有效的，把给定空间的气体压力在要求时间内降低到所需程度，并予保持的学科。真空技术实际使用中进展是葛利克1654年利用真空与大气压之间的压强差所产生的机械作用。真空活塞泵抽气获得马得堡半球。

　　工程真空度的分类的系统方法是测量一个给定空间的绝对压强，因此所说低真空、高真空和超高真空是与越来越低压强范围对应的。各种不同的压强范围的极限似乎是任意的因为每个压强范围都对应于一种不同的物理环境。

　　真空工程的真空，如在10^-6托时，室温下空气分子每秒碰撞1厘米² 面积上仍有3.7×10¹⁴ 个到极高真空 托仍有3.7×10⁶ 个分子。虽然拉丁词“Vacuum”的意思是空的。但是真空工程研究的对象却绝对不是没有物质的空间。

　　真空技术是指低于环境大气空间（空间是有限的）获得真空和真空环境中进行工艺制作、测量、分析和科学实验的理论和技术。其应用包括：压力差的利用，对通过空间的粒子或分子排除干扰和减低粒子撞击表面的次数。

　　五、自然真空

　　地球中的大气地球大气的质量约为5.3×10 ²¹ 克，只有地球总质量的1％，但它却是最为活跃部分。而且对人类生存影响最为直接，其变化在国民经济和社会中起着巨大的作用。

　　地球大气的90％聚齐在离地表15公里以下的大气层内。地球大气部分主要为氮、氧、氩，它们为大气总体积99.96％，其他气体含量甚微。
大气中还有悬浮的水滴、尘埃、花粉等微粒，通称大气溶胶。

　　气体还遵循一套特殊的次要法则：

　　（1）当一个封闭容器中分子数量增多时，压力会上升；

　　（2）如果分子数量下降一半，压力也会下降一半；

　　（3）缓慢增加容器的容量，也会使气压下降；

　　（4）2、3法则还隐含有第四法则，既如果保持同样的压力，温度变化必须与容量的变化相匹配。

　　地球大气的温度随高度有极明显变化，或按温度变化特征从地表向上可降低其分为对流层、平流层、中层和热层。

　　六、真空”的自然规律

　　物理学是科学的经典，它们包括自然的规律，有了这些自然规律的知识，人就可以更好的理解自然。

　　古代的“真空技术”，现代物理学的“真空”、“人造真空”、“自然真空”均遵循着相同的规律，这些不同的观念，可用同一数学公式表示。即：

　　其中：V代表特定“空间”或“体积”；
　　　　　X代表特定状态“空间”或“体积”；
　　　　　F（V）代表在特定“空间”下的物理的行为；
　　　　　A代表在特定“空间”下的物理行为的结构和终结；

　　（1）当X→0时，即“空间”趋近无穷小，微观“真空”的研究—现代物理学的“真空”。

　　可表示为：

　　（2）当X→常数，即特定空间的研究。“人造真空”和“工程真空”。

　　可表示为：

古代的真空技术应用是在一个特定小体积中进行的。可表示为M

　　（3）当X→∞即空间趋近无穷大，宏观世界的研究。

　　空气的流动—云团可模拟一个无限大的“口袋”（即无限大的空间），大气压可在一个小的却是明显范围内的波动。从高压的“口袋”向压口袋自然流动。由于地球自转与环流力产生。引起气压的变化，可在地球小范围内。

　　≤∞产生狂风暴雨、雷电、龙卷风、飓风。

　　可表示为

　　七、人造真空空间无穷大

　　“人造真空”的给定空间无限增大V→∞所带来的疑难？清洁能源产生在21世纪已成为世界范围内的热门话题。我国一次能源以煤为主，大气污染类型以煤烟型污染为主。2000年烟尘排放量约为1400万吨， 排放量约达2300万吨。钢铁厂、火电厂、有色金属冶炼厂、化工厂、水泥厂的烟囱就是一个人造“真空泵”，烟囱越高，抽速越大，一个670吨/小时的锅炉，实测烟氧排放量160万m /h=4.45×10 l/s酸沉降和 污染一直是国际科学界和各国政府关心的重大环境问题。

　　控制生态环境酸化，面临技术和经济挑战，科学上存在巨大风险。

　　我国是世界上煤炭生产国和消费国，占世界煤产量的25％。煤炭占我国一次能源消费量的75％。但也因此产生了严重的环境污染问题。煤的清洁燃烧是煤的洁净技术的重要组成部分，也是实现可持续发展，解决我国大气污染的主要措施。

　　国内外文献记载，消除烟尘污染有100多种方法。目前国内外流行的主要是干法、湿法、电子束轰击法和活性炭吸附法。我们采用“真空吸附法”属于国内外首创。

　　真空吸附法的特点是：

　　1.用特殊真空泵代替烟囱，将烟尘吸入密闭真空系统进行物理与化学作用，将“废物”变为“宝”，处理后烟囱变为新鲜空气。全国43万烟囱可望无烟。

　　2.在真空中进行二次能源交换，是最有效二次能源利用。循环水吸收排放烟气的热量，可是水温高达65℃。

　　3.不同性质的气体在同一温度、同一分压下溶解度不同。气体的溶解度与温度有关，气体的溶解度随温度升高而减少。真空吸附法是真空低温状态进行，其物理与化学反应彻底。

　　4.从烟气中吸附的 可生成稀硫酸或硫酸。变“害”为“利”。（稀硫酸10％。使用问题尚待解决。）

　　5.在真空中气氛纯净，物理与化学过程进行迅速，吸附剂、催化剂、还原剂寿命长。

　　6.该法稍加改动便可推广到钢铁厂、有色金属冶炼厂、化工厂、水泥厂等各种污染源的治理。

　　7.运行费用低。经济与社会效益高，有很高的推广价值和广阔的应用前景。

　　为了子孙后代，面对地球生态环境日益恶化，每一个有良知的人们都会明白，保护环境，拯救地球是我们人类共同的责任。

　　8.它是解决V→∞增大的范例。

　　八、“真空”与“真空技术”

　　在我们地球上，“人造真空”是通过对一容器进行排气而获得的，而地球是“自然真空”的制造厂。每天制造新的真空状态，此状态是动态的，永远更新的、破坏性的、也是令人兴奋的，有时是美丽的。

　　真空工业的发展极为显著，真空科学与科学研究中只是一门实验技术，而在现代工业生产中却成一门基本技术得到广泛应用，而且在不断扩大真空的应用领域。30年来真空技术工作者，在各个领域上对真空获得、测量、检漏，真空运用取得斐然的成就。对真空运用服务学科掌握很有特色与科学。但对“真空”本质未能研究，仍然停留几百年前水平。现在只有少数的“大学”“研究所”，从事“真空技术”潮流的研究，工厂在为效益而努力。对于“真空”本质无人问津。

　　“真空”什么？如何认识它？掌握它？均待努力探讨！


　 认识“真空”（二）

　 认识“真空”（三）