真空中能传递声音吗,物理真空原理

大多数人第一次看到真空的概念，可能是在初中物理课堂，在学到的关于大气压的内容时候，课本上通过展示“马德堡半球”实验来证实大气压的存在，半球内处于真空状态，由于真空内不存在气体，无法与大气压平衡，因此大气压会紧紧的压住半球。那个时候我们也认为，真空内部是不存在任何气体分子和原子的，也就是说真空是空无一物。

马德堡半球实验

在物理课堂上，当我们学到声音的传播这一节时，课本上的内容有着类似的描述：由于声音的传播需要介质，真空中由于不存在介质，因此声音无法在真空中传播。

事实上声音产生的本质是振动，而声音的传播也就是振动的传播，由于物体的振动会不断地撞击两侧气体分子，被撞击后的气体又会作用于旁边的气体分子，于是这种振动便从物体中开始传播开来，这种分子的不断振动也可以称之为机械振动，机械振动本质上是物体的运动，由于我们认为真空中不存在任何物质，那么真空无法传播声音的逻辑也就合情合理。

声音传播的本质是分子振动的传播

并且可能很多人在课堂上看过这个实验，将一个闹钟放入真空罩中，通过利用真空泵将内部的气体抽出，在气体被抽出的过程中，闹钟产生的铃声也在开始逐渐减小，这个实验也常被用来证明真空中无法传递声音的规律。那么真空中真的就是空无一物吗？从前人类也一直是这么认为，直至后来发展了量子力学理论后，才发现，人类才发现，真空的概念并没有那么简单。

真空不空

量子力学认为，一个物体的位置和速度不可能同时测准，也就是说物体不可能完全静止下来（否则速度精确为零）。这也就意味着，即使处在最低能量的状态，能量也不可能为零。

对于电磁波也是一样，量子场论指出，即使一个空间中没有任何原子、没有光，但其中仍然存在一些量子场的波动，也被称为量子涨落。

真空中的量子涨落，虚粒子不断的产生与湮灭

真空中虽然看起来没有任何的实粒子（电子以上（中子，质子，原子，离子，分子）都可以认为是实物粒子），由于量子涨落，却存在着大量的“虚粒子”，这些“虚粒子”会以正反粒子的形式出现，一个正的虚粒子出现，同时会产生一个反的虚粒子（吸收的能量相当于从真空中借了一部分能量），但产生之后，它们又会以极短的时间相互湮灭（释放出能量，与之前需要的能量守恒），实际上这些虚粒子会不断瞬间出现、消失，只是在我们看来，似乎什么都没有，真空并不是我们曾经所理解的空无一物。

真空中的卡西米尔效应

那么人们是如何通过实验证明上述理论的呢？这就要谈到1948年荷兰物理学家卡西米尔提出的一个物理现象——卡西米尔效应。

卡西米尔通过他的理论计算预测到，在真空中，如果将两块金属板进行平行放置，并且将它们的距离缩小至纳米尺度时，由于量子场波动的存在，两块金属板会受到外侧的压力从而相互吸引、靠近。

卡西米尔效应

之所以会产生这种现象，同样是由于量子涨落引起的，真空中虽然并不包含“实物粒子”，但其中充满着各种场，电磁场也是其中之一，电磁场的涨落会则会产生光子。在正常情况下，电磁场产生的涨落会相互抵消，也就观测不到什么现象。当两块巨大的平行金属板近距离放置时，由于金属板之间的空间相比于两侧会小得多，量子场的涨落导致金属板之间产生的虚粒子数也相对会更少，而由于两侧会受到更多粒子的撞击，于是在宏观上表现出金属板受到两侧的挤压力。

虚粒子的撞击对平行金属板产生压力

当时卡西米尔只是通过理论计算预测了这个现象，但在十年后，他的预言在实验中得到了证实。

在前面讲到过，声音的传播实际上是分子振动的传递，而热的本质实际上就是分子的振动，因此如果能够证明分子的热运动能够通过真空传递（非热辐射），那么便能够证明声音也能够在真空中传播，而在2019年国际顶级期刊《Nature》上就有研究团队做了相关报道。

《Nature》期刊相关研究论文

该团队使用了一个非常精密的仪器，对两块纳米薄膜之间的热量传递进行了检测。传统的理论一直认为，在真空中，热量只能通过辐射的形式传递，而不是通过声子进行传递。然而该项研究发现，电磁场的量子涨落可以诱导声子在真空中耦合（同样与卡西米尔效应有关），从而促进热传递。他们在进行实验的整个过程中，发现热辐射传递仅占整个热量变化的4%不到，因此在这个过程中，起绝对性的传热机制是真空中声子传热。

该研究团队的实验设备

热量的实质与声音其实是一样的，都是分子或原子的振动，同样的，在真空状态下，当一个物体振动时，该振动产生的能量会与两个物体之间的能量场发生交互，从而引起另一个物体发生振动，这也是声音的卡西米尔效应，所以声音同样也可以通过真空传播。只是由于该效应在尺度非常小时，更容易发生作用，所以一直未被人们所发现。

总结

真空其实并不是空无一物，它不仅能够传递热量（非热辐射），而且也能够传播声音。不仅于此，还有众多的物理现象都与真空中的量子效应息息相关，它还能够解释黑洞为什么会产生辐射，黑洞并不是我们曾经认为的“只进不出”。人类目前对于微观世界的了解还并不全面，随着人类的不断探索，越来越多曾经错误的认知也将会被逐渐修正。

科学家说声音可以在真空中传播，近代物理学又要被推翻了？

我们的初中物理课本上说:声音的传播需要媒介，所以不可能在真空中传播声音。 高中以后，我们的物理书进一步解释说，声音的本质是由物质分子的振动引起的波，因为真空是空的，当然，物质分子没有振动，所以声波的振动不能传播。实验事实没有错，那么我们的教科书错了吗？事实上，在上面的文章中，我们“应该”认为真空是空的。但是在量子世界里，没有什么是对的。 真空里有什么？这和声音在真空中传播有什么关系？

别担心，让我们来谈谈“真空不是空的”的故事。在这个故事中，我们将看到真空不仅能传播声音，还能让壁虎躺在墙上。它也是著名的霍金辐射(也称为黑洞辐射)的来源。大约100年前，人们知道如果原子中的电子吸收能量，它们的能量就会上升；如果他们想跳回到原来的状态，他们必须通过释放电磁波来释放能量，爱因斯坦称之为光子。 这种现象就像一个人吃了葡萄皮，就会吐出一层葡萄皮，这很正常。

然而，也发现有时电子可以主动释放光子而不吸收能量。这种现象被称为自发辐射。这类似于一个人不吃葡萄皮，还会吐葡萄皮，这是一个奇怪的现象。1927年，物理学大师狄拉克给出了一个解释。他认为:虽然真空中似乎没有葡萄或葡萄皮，但这只是表面现象。真空中有许多对“葡萄皮”。

它们产生和消失的非常快，几乎同时，使真空表现得好像没有葡萄。现在想象一对“葡萄皮”出现在你的嘴上，葡萄落入你的嘴里，所以你吸收了一颗葡萄，真空中只剩下一颗葡萄皮。所以看起来你吐了一层葡萄皮，尽管你什么也没吃，但是这种葡萄是在真空中喂给你的，我们只观察了剩下的皮。

声可以传递能量，真空不能传声，那真空可以传递能量吗？

当我看到这句话的时候，我都感觉有点搞笑，虽然真空中并不能传递声音，这主要是因为声音的传递是需要介质的，而在真空当中因为介质特别的稀少，再加上真空当中温度非常的低，所有的介质都处于休眠的状态，所以没有办法传递我们的声音，但是这并不意味着能量需要通过介质来传播。之所以有很多人认为在真空当中不能传播能量，主要是因为他们感觉到太空是冷寂的，这也就意味着太空当中能量没有办法通过，但实际上太空当中之所以会这么冷静，主要还是因为介质太少，没有办法储存和散播能量。

毕竟大家要知道，我们地球上每天受到的太阳光都是穿过一段遥远的路程到达我们的地球，而这段路程其实就是处于真空状态，地球每天都要接受不可估量的太阳能量，这些农药被我们用来作为生产生活所需。而地球之所以能够储存这么多的能量，一方面是因为我们地球有大气层，另一方面则是地球上的很多动植物，根据太阳光的习性进行净化，从而把这些能量进行转化。

比如我们吃到的任何的果实，其实都是太阳光能量转化的一种表现形式，而真实的太阳，能量其实是非常高的，如果没有大气层的阻挡，太阳光直接照射在我们人体上，将会造成非常严重的后果，轻则灼伤我们的皮肤重则直接会导致我们的器官受到损害。而且在太空中除了光具有能量之外，还有很多的能量物质，比如我们看不见的引力波，其实也具备能量的存在，人类对于宇宙的探索还处于起步阶段，在未来我们可能会发现更多的能量传递方式。所以说真空不能传递声音，但是却可以传递能量。