太空为什么是真空的?

太空是几乎完美的真空,布满了一个个宇宙空洞。简单来说,这要怪引力。但要真的了解我们宇宙的真空,就需要花些时间来了解什么是真空——以及什么不是真空的。

那么,什么是真空?为什么太空不是完全真空的呢?

美国自然历史博物馆天体物理学部门的高级科学家Jackie Faherty告诉Live Science说,首先不能把真空吸尘器比作太空的真空。家用吸尘器能有效地将你地毯中的灰尘和污物吸走。但是太空的真空恰恰相反。真空在定义上是指完全没有物质。太空几乎是绝对真空的,并不是因为吸力,而是因为几乎是空的。

这种空无导致了极端的低压。虽然我们无法在地球上模仿太空的空无,但是科学家能够制造出极端低压的环境,被称为“局部真空”。

即便不用真空吸尘洗这种类比,“理解真空的概念也是几近陌生的,因为它和我们存在的方式处处相矛盾,”Faherty说。我们作为人类的经历完全只限于宇宙中一个非常密集、拥挤又有活力的角落。所以我们很难真正的理解虚无或是空无。但事实上,对我们来说在地球上再正常不过的东西,从整个宇宙上来看其实很稀有,因为那里绝大部分都是几近虚无的。

引力才是王道

通常,纵使没有引力,太空也会相当的空。“相较于宇宙的体积,里面的那些物质真是没多少,”加州理工大学的理论天体物理学家Cameron Hummel说。根据NASA,宇宙的平均密度为每立方米5.9质子(一种携带正电荷的亚原子粒子)。但因为引力将宇宙中的物质聚集在一起,进一步增强了特定区域的空虚。

基本上,任意两个有质量的物体都会被彼此吸引。这就是引力。换句话说,“物质喜欢呆在其他物质的附近,”Faherty说。在太空里,引力会让邻近的物体更加靠近彼此。在一起,两者的集体质量增加了,更多的质量意味着它们会产生更强的万有引力,进而会将更多物质拉到它们的附近。先是质量增加,然后是万有引力,之后又是质量。Hummel说:“这是个失控效应。”

Hummel说,随着这些引力热点不断吸引附近的物质,它们之间的空间被抽空,制造出了一个宇宙空洞。但是宇宙一开始不是这样的。在大爆炸后,宇宙中的物质被分布的更加均匀,“几乎就像是一场雾,”他说。但经过数十亿年,引力使这些物质聚集形成了小行星、行星、恒星、太阳系和其他星系;并在行星间、星际间和星系间留下了一个又一个空洞。

但即便是太空里的真空也不是100%的纯真空。在星系之间,每立方米的太空中存有不足1个原子,这意味着星系间并非彻底是空无的。但是,它远比人类在地球实验室里模拟出的真空中所存在的物质要少的多了。

与此同时,“宇宙还在不停地扩张,”Faherty说,这确保了宇宙大部分空间都是空无的。“听起来真的很孤独。”

原文:https://www.livescience.com/why-is-space-a-vacuum.html

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