什么是真空？

按人们常规思维，“空”就是一无所有，所以，古代人们把除了陆地、海洋以外的蓝天叫做“天空”。佛门讲的是玄学，相信虚无缥缈的东西，所以对“空”很感兴趣，就连唐僧给他的千年猢狲弟子也起名为“悟空”。

后来，人们觉得奇怪：为什么天空会出现刮风、打雷、下雨？于是逐渐明白天空并不是空的。它充满着一种摸不着的气体，所以有了“空气”之称。

随着科学的发展，人们进一步知道空气的组成，并且还可以采用一定的方法把各种组分分馏出来。于是原来所说的“天空”实际上是一种“假空”，必然还有一种“真空”存在。

“真空”的含义也就是在这种前提下应运而生了。那就是把低于大气压的气体状态称之为真空。

1654年，德国马德堡的市长曾用直径为30厘米的两个空心半球紧贴在一起，把球的中间抽成真空，结果用16匹马分成两队对拉，竟然不能把半球拉开。

这是最早的真空试验。1878年，英国物理化学家斯旺发明了白帜灯泡，这又在工业上最早运用了电真空器件。从灯泡到电子管，其真空度的要求在不断提高，灯泡大约是10^-2帕~10^-3帕，而电子管要求是10^-4帕。

由分子运动的规律知道：气体分子是杂乱无章运动的，分子越多，碰撞的机会越多，分子的自由度越小，分子撞击容器壁部的次数越多，产生的压力也就越大。所以要达到较好的真空，就应减小气体分子的密度。这种抽气的办法很多，如旋片式真空抽气机、油扩散泵、涡轮分子泵，它们可以使真空度达到10^-5帕。

但是真空度再要提高就比较困难了。一方面，任何容器都有连接部分，不可能做到绝对密封，非常细微的漏孔都会使外界空气渗入，最后抽速和漏率达到动态平衡，真空度就再也不能提高了。另一方面，容器壁面会释放出氢气分子，这些轻的气体无法采用上述手段抽走，于是容器中的氢的分量逐渐增多，真空无法提高。

于是，对于真空的机理有了新的突破，在低真空的要求下，可以把气体分子驱赶出去；在高真空的要求下，有些分子分子死活驱赶不走，就需要采用捆住它的办法，不准乱动乱撞。工业上就是采用内部通液氦的冷板，由于液氦的温度可达4k，任何气体（包括氢气）在这种温度下凝固，所以这样的低温冷板可以捕获容器中残余的气体分子，只要分子撞到冷板上，它就可以粘亡了。正如我们在冬天用手去摸一块冰会被粘住一样。这种办法可以使真空度达到10^-7帕。那么存不存在真空度0帕的真空呢？

十七世纪的笛卡尔认为“一无所有的空间是不存在的”，他是这样论证的：空间和广延性是同一的，而广延性是与物体相联系的，因此没有物体的空间是不存在的。这个结论最终在爱因斯坦的广义相对论中得到了证实。

在爱因斯坦看来，被称为“世界”的闵可夫斯基四维时空是个被抽走了物质和场的纯粹的空间，这样的空间是根本不存在的。空间和时间一起只能作为场的结构性质而存在。没有任何物质粒子就没有空间，即绝对的真空是不存在的。关于真空不空的思想后来被狄拉克的真空新概念进一步体现出来，也被现代观测所证实。

他通过计算发现：真空中除了具有正能量的电子以外，还存在具有负能量的电子。正常电子如果跌入这种负能量的区域，电子将放出能量并自行消失。因此狄拉克认为，所谓“真空”就是充满具有负能量的电子的状态。

按照这种观点，“真空”又不“空”了，因为那里充满着电子，只不过这些电子具有负的能量。因为电子毕竟比原子小四个数量级，比分子小五个数量级，因此无需考虑它们碰撞的问题。

建立起狄拉克新的真空观念以后，基本粒子物理的一些现象就可以解释了。比如，为什么在“一无所有”的真空中，可以反复进行着粒子与反粒子的产生和湮灭。这就是因为真空并不是“一无所有”。又如，是否有“正电子”存在，狄拉克认为：当给真空大的能量时，那里处于负能量的电子就获取能量跃至正能量状态，从而在原负能量状态留下一个空位。由于周围全是负能量，所以这个空位可以看作具有正能量。周围全是带负电荷的电子，空穴也就可以看作具有正电荷，于是狄拉克预言了“正电子”的存在。果然，1932年安德森根据这种预言发现并证实正电子的存在。

由此，真空的概念正经历一个新的阶段，但人们处于一种朦胧的理解。随着量子力学与基本粒子物理的发展，相信这种理解还会更加深入，也会促进真空获得、真空应用的进一步发展。