[科普中国]-人类能在地球上造出极高真空吗？

答案是，不能。

虽然我们很想很想，但目前还不具备这个实力，也许永远都不具备。

真空很有趣

若有人问你，在高处同时扔下一片羽毛和一个保龄球，怎样才能让它俩同时坠地？

无懈可击的答案是：把它俩放在真空室中扔下。

在NASA全球最大的真空实验室做的羽毛和保龄球自由落体实验。

若有人问你，如何称量一粒尘埃的重量？这显然是很难，因为影响尘埃重量的因素太多。

而答案是，在真空下，用超微天平称量。

再有人问你，在不加热不冷却的情况下怎么让水沸腾并结冰？

答案依然是抽真空。

真空很重要

对于大众，真空除了与食物保鲜、绝热保温等有关外，剩下的就只是神奇和有趣了。但对于那些耗资几十亿，甚至几百亿元的大型科研设备来说，真空与否以及真空的程度则代表成败。

图为耗资80亿美元以上的欧洲大型强子对撞机。图片来自Fons Rademakers/CERN/SPL。

高能加速器内要求有很高的真空度，因为我们想要的是粒子与粒子的对碰，而不是粒子与氧气分子、二氧化碳分子的对碰。若加速器内真空度不够高，则高能粒子束与残存空气分子对碰的几率增大，这会影响粒子束的寿命。

换句话说，高能加速器内，真空度越高，效率也就越高。

地下100米深内的大型强子对撞机，其27公里长的环形管道内为超高真空。

引力波探测器。

引力波探测器能够测量比质子尺寸还小一千倍的位移，而它内部的真空系统是全世界最大、最纯的系统之一，真空管内的气压只有海平面气压的1万亿分之一。失去真空也就失去一切，对于引力波探测器来说就是如此。

国际热核聚变实验反应堆ITER展开试验时，里面的腔体也将抽成超高真空。图片来自ipp。

可以这么说，人类目前的顶尖技术中，绝大多数都跟真空脱不开干系。真空如此重要，我们是有必要好好了解一下它。

真空的疆域

下暴雨时，握着伞的你会感受到大量雨滴对你产生的持续压力。同理，从微观视角上，我们感受到的以及看到的气压现象也是这般原理。

任何时刻，无数的气体分子不断地撞向挂钩表面并反弹，就像下暴雨时，雨滴对伞施加的压力一样。

换句话说，相同体积内空气分子越多，压强也就越大（因为碰撞增多），所以，国际上是用压强来表示真空度，压强越小，则真空度越高。

压强的单位是“帕”，1帕等于每平方米施加1牛顿的压力。而一个标准大气压，也就是在海平面的平均气压约为101325帕，即在1平方米面积上有101325牛顿的压力，也相当于1公斤物体在1平方厘米上产生的压力。

我国对真空区域的划分如下：

阿波罗飞船登月时，测得的月球真空最低可为10的负10帕，这意味着，月球上已经跨入极高真空的范围了。而在3万6公里的同步卫星轨道处，真空度最低可以达到10的负12帕。

我国著名的真空科学技术专家达道安，在其所著的书《空间真空技术》中，他推测，模拟星际空间的极高真空容器已经获得10的负13帕的真空。

太空有多空？

上文似乎告诉我们，看来人类已经在地球上造出宇宙空间中那种极高真空了。但是且慢，10的负13帕就是宇宙空间中真空极限了吗？

当然不是。别忘了，我们在讨论月球和同步轨道处的真空度时，我们实际上还没有离开家门口呢。

既没有离开地月系，更没有离开太阳系。而我们说的宇宙空间，当然是星际空间，以及星系际空间了。

在这些空间中，到底有多空？月球上属于极高真空，这已经是人类对真空划分的最高级别，然而，月球上每立方厘米内的粒子数依然高达8万个以上。

而在星际空间，每立方厘米内的粒子数只有1个。在星系际空间，类似于银河系与其他星系之间的广袤虚空内，每立方厘米内的粒子数为10负6个，也就是1立方米内才有1个粒子。

比星系际空间更空的是宇宙空洞。

空洞内，没有恒星、行星、星云以及星际气体。

这种真空度，人类是无法造出来的。因为我们要在地球上造一个真空室，那么这个真空室必然是密封的，你是可以穷极各种技术，把真空室内的空气分子全部抽出，但是别忘了真空室的密封材料本身，这些材料会源源不断地向真空室射出粒子，你挡不住。