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1 # 彭曉韜
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2 # 九龍山下閒
跟胖哥學物理 太空是真空的麼
大家都知道,宇航員在太空中必須穿航天服,因為太空近似於真空,因為氣壓低,如果不穿宇航服,血壓和體內壓強會迅速膨脹而死亡,當然太空也是沒有氧氣的,所有宇航服除了維持壓強,還一個作用就是供氧和抵禦太空中一些射線。
首先,有一個問題,什麼是真空?在初中物理裡為了證明真空不能傳聲,我們做過一個實驗,不斷把真空罩裡的空氣抽出,後來幾乎就沒有聲音。其實,那個時候真空罩內氣體沒有抽完,因此不能算作真正的真空。還有一個托里拆利實驗,當我們用一個一米管子裝滿水銀,然後倒立過來放入水銀糟內,由於大氣壓只能支撐760毫米的水銀,理論上將真空管上方就是真空。
當然,這些都是從操作側面來講的。事實上,在真空技術裡,真空系針對大氣而言,一特定空間內部之部份物質被排出,使其壓力小於一個標準大氣壓,則我們通稱此空間為真空或真空狀態。真空常用帕斯卡或托爾做為壓強的單位。在自然環境裡,只有外太空堪稱最接近真空的空間。
因為真空不能傳聲,所有在大家印象中真空是沒有任何介質的。大家都知道聲波是一種機械波,而機械波在傳播是必須藉助物體,我們把這些物質叫做介質。在機械波中,介質特指機械波藉以傳播的物質。僅有波源而沒有介質時,機械波不會產生,例如,真空中的鬧鐘無法發出聲音。機械波在介質中的傳播速率是由介質本身的固有性質決定的。在不同介質中,波速是不同的。筆者有一個問題,我們平常說說物質,其實就是由分子構成的固態、液態和氣體,本質上這三種狀態只是由於分子的間隙和說受的作用力不同罷了。
於是,筆者有一種猜想,機械波之所以需要介質,其實還是一種能量轉移,分子被機械波引起了振動,之所以能轉移下去,就是是分子與分子碰撞,還是分子被撞擊後形成一種與場近似一種場,這種場有讓另外分子引起振動,這種振動也可以是距離遠近,使得物質在那個時空中引起空間的扭曲,這種扭曲跟重力引起場有著類似規律。當我們透過一根線來傳聲時,如果不繃緊是不會傳聲的,因為聲音引起場讓靠近它分子引起振動,但是由於這種分子間隙振動在後來裡慢慢轉化成物質機械能,而能量物質彼此之間摩擦而把能量消耗已盡,這樣也無法把這種變化機械波(力場)傳遞了。
大家都知道電磁場就是由於電流變化導致的,這種電磁波也是一種場。其實,當我們把真空屏裡空氣抽調是時,雖然聽不到聲音。但是當把手機放進去,我們依然能接受到電磁波,因此真空中沒有物質這種說法肯定不對,因為還有各種各樣電磁波充斥在那個空間裡。從物理學觀點裡,電磁場依然是物質一種。
現在物理學告訴我們,自然界物質包含兩類: 基本粒子組成各種微觀粒子,比如質子、中子、電子、原子等等;而“場”是物質的一種特殊形態,用來描述物質之間的相互作用。
一般而已,經典物理認為場具有能量和動量,這正是物質的基本屬性,所以“物質場”是真實存在的。在相對論中,根據質能方程,還可以把場的能量等效為相對論質量。因此,在真空罩內,依然可以有電場、磁場。還有一個問題,在真空罩內,引力場還存在嗎?其實,從我們實驗結果,真空環境中引力場還是存在的。因為我們在抽氣時,鬧鐘並沒有俘起來,說明重力依然存在。
在太空,之所以沒有重力,是因為離開地球,引力場依然能夠存在於真空環境。有有一個疑問,機械波靠什麼來傳遞?場,既然引力場在真空中可以保留,那種為什麼一般機械波產生場不能再真空傳遞?裡面包含什麼玄機呢?
太空中只是近似真空,並不是完全沒有物質。只是原子或分子物質非常少,每立方米也就是一個氫原子或分子。同時還有像光子,中微子等波類物質。
喜歡天體物理同學還知道,在太空中出來一個流星和大顆粒物質外,還有一種叫做星雲東西。星雲,是稀薄的氣體或塵埃構成的天體之一。包含了除行星和彗星外的幾乎所有延展型天體。它們的主要成份是氫,其次是氮,還含有一定比例的金屬元素和非金屬元素。1990年哈勃望遠鏡升空以來的研究還發現含有有機分子等物質。
因此,太空是真空環境,而什麼物質都沒有。其實,宇航員穿宇航服還有抵禦宇宙射線侵蝕。因為在太空中還有大量宇宙射線。
宇宙射線來自深太空與大氣層撞擊的粒子,成分是質子、原子核、或電子。但是,有非常少的比例是穩定的反物質粒子,像是正電子或反質子,這剩餘的小部分是研究的活躍領域。
宇宙太複雜了,人類還有很多未知東西。隨著人類人生深入,一定會破解場究竟是在真空中真實情況。畢竟,人類需要進步才能更好人生這個宇宙!
2019年4月1日於宜昌吾同齋
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太空中的介質當然主要是以各類不同的粒子(包括原子、分子、電子、質子、中子等)為主。有的區域可能密度相對會比較大,特別是在大的天體附件。如太陽附件就有由太陽風構成的氣態物質層。這可能是星光透過太陽附件會產生偏轉的原因所在,就像地球上的海市蜃樓一樣。目前天文觀測發現的、被認定為引力透鏡的弧狀光帶可能也只是這類折射光而已。否則,應該不是弧狀,而應該是圓圈狀才對!致所以呈弧狀,是因為天體周圍氣態物質分佈不均勻導致的,沒有氣態物質的區域自然就不會有折射效應產生的光帶!
目前被廣泛認可的宇宙大爆炸理論可能並不符合客觀實際。因為其理論基礎哈勃定律可能是錯誤的。其原因是:天體紅移量與天體遠離地球的視速度並不一定成正比。實際上,星際介質可能才是天體紅移量與距離成正比的根源。本人設計的《驗證哈勃定律正確性實驗方案》可用來檢驗此定律,希望有條件的天文臺和天文工作者能早日完成該實驗。