筆者龍葵草

說到真空，我們就不得不提起著名的“馬德堡半球實驗”。在1645年的時候，馬德堡市的市長奧托·馮·格里克想向當時的皇帝展示真空的力量，於是設計了馬德堡半球實驗。首先，他找來了一個著名的銅匠，製作出兩個能夠嚴絲合縫的紅色銅半球。在沒有使用粘合劑的情況下，他將兩個半球內的空氣抽走，結果在兩邊8匹馬的作用下，隨著一聲巨響，兩個半球才被拉開。

從這個實驗我們可以知道，原來在幾百年之後，人類就已經意識到大氣壓強的力量。人類第一次發現真空現象的時間，可以追溯到1641年，來自義大利的科學家托里拆利在一次偶然的實驗中發現了真空現象。

如果我們在一個盆中裝滿水，然後在一隻試管中也裝滿水，這時候，我們用水將試管口捂住，將其倒放插入水中，我們會發現試管中的水是滿的。但是，如果我們將水換成水銀呢？水銀作為一種常溫下呈液態的金屬元素，擁有特殊的性質。托里拆利用水銀完成上述的實驗時，發現了試管的上半部分竟然是空的，沒有裝滿水銀，而這空出來的部分就是真空狀態。

在我們很多人的印象中，真空往往就像它的字面意思一般，是真的空空如也。但是實際上，現代科學對於真空的定義，是小於一個大氣壓力下的氣體狀態。就像人類無法達到絕對零度一般，從技術上我們就無法將特定空間中所有的粒子排出。在自然狀態下，只有外太空的世界最接近絕對的真空。所以聲音無法在宇宙中傳播，而不需要傳播介質的電磁波卻可以。

真空不僅在我們的日常生活中得到了需要的應用，比如說可以透過真空包裝對食品進行保鮮處理。對於研究宇宙的科學家而言，這其中也有很大的學問。我們普通人對於宇宙的瞭解，往往只有在我國發射神舟載人任務的時候提起一絲的興趣。但是除了載人以外，宇宙飛船上還搭載了許多探測宇宙的儀器，其中就包括了可以探測宇宙粒子密度的探測器。

人類探索宇宙的歷史可以追溯到一千多年前，對於太陽系內部的絕大多數情況，現在的科學家們可以說是瞭如指掌。然而，對於太陽系外部的情況，我們卻知之甚少。所以在上個世紀七十年代，美國NASA發射了兩次探測太陽系外的任務，它們分別是旅行者1號和旅行者2號。別看現在距離發射時間已經過去了近50年，但是它們仍然沒有飛出太陽系，正處於邊緣地帶。

按照常理而言，世界各國在地球的軌道上發射了各種各樣的探測器和遙控衛星，真空的程度應該比較低。而逐漸遠離地球的地方，真空程度會更高。但是旅行者系列探測器返回的資料卻與之相反：隨著旅行者1號和旅行者2號的飛行，它們所探測到的物質密度逐漸增大。科學家們得到資料的時候一頭霧水，一時半會兒還無法解釋這種違背常理的現象。

旅行者1號是在1977年發射，在2012年的時候穿過了日球層頂，經歷了35年。而日球層頂，則是星際介質與太陽風開始存在合併區域的地方。旅行者2號的路途就更為坎坷，雖然它與旅行者1號都是同一年發射，但是旅行者2號還有額外的任務，繞了一點路，過了41年才達到日球層頂。從這裡開始，旅行者1號與2號才正式進入了星際空間。

根據美國NASA公開的資料顯示，太陽系內部的電子與質子密度是每立方厘米3到10個。當與太陽的距離增加時，這個密度值就會不斷地下降。科學家們根據探測器遠離地球的距離，以及探測器檢測到的粒子密度，總結出了一條關於計算宇宙粒子密度的公式。根據這個公式，科學家們計算出了銀河系星際介質的平均密度值，約為每立方厘米0.037個。

當旅行者1號與旅行者2號越過日球層頂，進入星際介質後，科學家們第一時間提取的資料就是粒子的平均密度。探測結果顯示，旅行者1號返回的結果是每立方厘米0.055個，而旅行者2號返回的結果是每立方厘米0.039個，與之前計算的結果差距不大。

當科學家們還沉浸在成功的喜悅之際，旅行者1號與2號後續返回的資料卻令他們大吃一驚。旅行者1號第一次返回資料的時候，它已經距離地球近200億公里。而當它下一次返回的資料，僅僅過了30億公里，它就返回的結果不僅沒有變小，反而是逐漸地變大，從一開始的每立方厘米0.055個增加到了每立方厘米0.13個。

在地球上，每立方厘米的物質密度就達到了10億個粒子。而號稱是利用真空保溫的保溫杯，中間的隔層更是達到了每立方厘米一萬億個粒子。與之相比，星際介質的這一變化程度雖然不足掛齒，但是放在宇宙學的面前，就像是出現了蘋果樹上的蘋果沒有往下掉而是往上飛的現象。目前而言，科學家們對這一現象還沒有頭緒，無法對其做出具體的解釋。

有學者猜測，日球層頂是太陽系內與太陽系外的交界區域，星際的磁場會對日球層頂造成影響使得電磁離子產生不確定性。這是因為旅行者2號返回的資料也證明，它在越過日球層頂時能夠檢測到更強的磁場

還有專家認為，日球層頂存在某種特定的性質，能夠使得來自星際的粒子風暴產生減速效果，從而使得粒子都“堆積”在了一起。另外一個探測器在2018年的時候曾經檢測到日球層頂存在因為粒子堆積而產生的紫外線訊號。

雖然我們還不能得到答案，但是我們可以從這件事中明白一個道理：即使是我們認為真空的保溫杯，密度也達到了每立方厘米一萬億個粒子。我們只有不斷地學習才能跟上時代的步伐。