谈谈对“真空”概念的再认识

1.问题的根源在于一个中学物理教师培训班。我从物理教学和教师的实际出发，提出了一系列问题供教师讨论。其中之一是“真空”问题，也就是说，谈谈你对“真空”概念的理解和理解。经过几位老师的发言和讨论，我认为他们对“真空”概念的理解和理解基本上还处于古老的理解阶段。这表明:(1)他们不能准确把握“真空”概念的现代意义；(2)对“真空”概念的形成和发展缺乏正确的理解。这势必给教师的物理教学带来困惑。因此，我想对这一问题进行分析，以加深对这一概念的理解。2.对“真空”概念的理解。“真空”概念的发展过程既是一个老问题，也是一个新问题。这是一个老问题，因为它自古以来就是一个重要问题，而且是一个新问题。因为它仍然是当代物理学前沿的一个大问题。(1)古代对真空的理解在古代，关于真空基本上有两种观点:一种是承认有真空，有虚无的空间，有独立存在的空间。例如，德谟克里特斯哲学把原子和空作为基本概念，原子在空中移动，它们聚集成一切。另一种否认有真空和没有任何东西的空间，如亚里士多德的哲学，拒绝空的概念，认为以太充满了整个空间。这涉及到空间和物质之间的关系，空间要么作为独立的现实存在，要么仅仅作为物质的属性(广泛性)存在。在这两种情况下，没有任何物质的空间能存在吗？在古代，由于人类实践水平和认知能力的低下，这个问题无法解决。(2)现代人对真空的理解在现代，仍然有两个关于真空的基本概念，但由于自然科学研究建立在科学实验的基础上，这个问题得到了极大的深化。一种观点认为存在真空，也就是说，存在空的空间。其中有古代原子理论的继承者，以太网和场论的支持者。事实上，不仅牛顿力学，而且麦克斯韦的电磁场理论和爱因斯坦的狭义相对论都承认空间是空的。从牛顿的惯性定律到爱因斯坦的光速不变原理，都是以空间为背景的。惯性定律肯定了一个物体可以保持静止或在空旷的空间中匀速直线运动。光速不变的原理肯定了光可以在空旷的空间中以恒定的速度保持直线传播。以太网和场论的支持者基本上是基于肯定空的空间。笛卡尔认为以太或场填满了整个空白空间。当然，还有另一种观点，否认有真空，也没有空的空间。笛卡尔持有这种观点。他认为空间是广阔的，没有脱离物质的广阔性。他也是一个以太理论家。在现代，就像在古代一样，承认空白空间的观点仍然占主导地位，否认空白空间的观点没有主导地位。这在当时发生也更为自然。在宏观物理实践和知识水平的条件下，人们对时空与物质关系的理解主要是看到两者相对独立的一面，而对两者之间的深层联系知之甚少，从而承认空的概念可以占据主导地位。然而，即使在宏观物理学的发展阶段，人们也发现了一些关于空间和物质运动关系的重要疑问，如空间对物质运动的深刻影响。然而，物质的运动对它没有影响，这根据相互作用原理是很难理解的。(3)现代人对“真空”的理解大相径庭。对空间和物质之间深刻联系的理解变得越来越清晰。这时，出现了一些新的理论认识。第一个是广义相对论。广义相对论认为空间是场的结构性质，从而否定了空的空间。揭示了空间和物质之间的深层联系。广义相对论既不是几何的也不是物质的，因为空间仍然是物质的属性，弯曲的空间是重力场的结构特征。真空只不过是一种特殊形式的引力场和一种特殊形式的物质。第二个是量子力学。当狄拉克创立相对论量子力学时，他考虑了运动方程中的负能量解。他没有简单地放弃它，而是提出了物理真空的新概念。根据量子力学原理，他假设负能级已被电子占据。物理真空是一个电子海，其中电子充满了负能级。这个概念从另一个角度展示了真空和物质之间的深层联系，肯定了真空的物质性。因为自然界中所有的物理现象和物理测量都是在真空背景下进行的。因此，仪器通常不可能测量明显的真空现象。然而，在某些特殊情况下，仍然有可能在真空中发现一些物理现象，如真空极化(放置在空气中的带电粒子会产生类似电场极化的现象)和真空涨落(由于真空中电磁场的零点振动会对电子产生随机布朗运动效应)。第三是量子场论，它基于微观粒子具有波粒二象性的概念。量子场的概念是通过统一粒子和场而提出的。每个基本粒子对应一个量子场。量子场是物质的基本存在形式。在量子场论中，量子场的激发态代表粒子的产生，量子场的去激发态代表粒子的消失，真空是基态能量的量子场，其中仍然存在复杂的量子场运动。这里是真空的物质性，更清楚的是真空是物质的一种特殊形式。真空的概念已经从狄拉克的电子海发展到量子场的基态。它的普遍性已经大大提高。从只包括电子到包括各种基本粒子，相应的真空也是变化的。不仅如此，在不同的条件下，同一种量子场真空有不同的真空相。真空不仅没有，而且非常复杂。难怪量子场真空在粒子物理研究中起着非常重要的作用。许多基本问题都与真空的结构和性质有关。例如，弱电统一模型是基于自发真空破缺的概念，而夸克禁闭也与真空的性质有关。3.总结。简而言之，在古代和现代，人们主要看到空间和物质的相对独立性，空的空间的概念占了上风。真空通常被认为是一个空的空间。在现代，人们越来越意识到空间和物质之间的深刻关系。空白空间的概念被否定了。对真空的物质性的理解越来越清晰。真空只不过是一种特殊形式的物质。在广义相对论中，它被表示为引力场的一种特殊形式。在量子场论中，它被表示为各种量子场的基态。应该指出的是，我们说空间是物质的存在形式或空间是物质的结构形式。我们已经强调了空间和物质之间的密切关系，强调了空间是物质存在的形式方面。因此，空间形式必须与物质形式密切相关，空间不能与物质分离。现在我们说真空是物质的一种特殊形式，理解已经有了很大进步。空间不仅是物质的存在形式。此外，真空本身是一种特殊形式的物质。这极大地丰富了物质和空间的概念以及物质和空间关系的概念，从而极大地丰富了世界上物质统一的概念。没有空的地方。真空是各种物质的一种特殊形式。真空也很复杂，具有各种转换能力。因此，真空通常与其他物质形式有关。真空不是“空的”