真空也有摩擦力

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发布时间:2022-10-25 浏览次数:534

       物体在空无一物的真空中穿梭,是不是会保持原来的运动状态呢?未必!因为——真空也有摩擦力

            摩擦力曾经蒙蔽了大师

       根据传说,当年伽利略曾在意大利比萨斜塔表演了“大小两个铁球同时落地”的实验,之后人们这才信服,不同重量的物体下落速度是一样的。而在此之前,即使是亚里士多德这样的科学牛人,也只是凭着日常经验和直觉认为,重的物体下落得要更快一些;殊不知,这是某种隐藏的外来力量从中作梗,掩盖了事情的真面目。这个隐藏的力量不但让人弄不清楚物体下落的速度,还让他们误以为物体要运动,就得有力量推动。

       这个幕后黑手我们每天都在接触,它就是摩擦力。你如果在地上拖动箱子,会受到滑动摩擦力的阻挠。箱子如果有滚轮呢?它又会受到滚动摩擦力。而箱子只要是在空气中运动,都会受到空气的摩擦力。伽利略和后来的大科学家牛顿正是慧眼识破了真相,即是摩擦力扭曲了事实,于是才有牛顿第一定律:物理不受外力的时候,总是保持静止状态或匀速直线运动状态。


       摩擦力在真空中偷笑

       摩擦力如果寻根溯源的话,都是来自于分子间的作用力;是分子之间的互相吸引给运动的物体拖了后腿。那么,如果物体是在真空中运动,周围不再有捣乱的空气分子,是不是就摆脱了摩擦的烦恼呢?如果是这样的话,设想一个转动的球悬浮在绝对的真空中,那它就应该可以千秋万代永动下去了吧?

在牛顿看来,如果物体是在真空中运动,球确实会永远转动下去。但量子物理学家的眼中,就并非如此了,球即使在真空中转动,依然会受到摩擦力的阻碍。事情竟让人这么匪夷所思!

       这个摩擦力来自何处?量子物理发现,真空并不是空的,它仿佛是一片汪洋大海,就像海平面总有波浪跃出然后又落下一样,完全的虚空中也会不断冒出光子,然后又消失掉。这些光子是凭空冒出来的,存在时间很短,所以被叫做“虚光子”。它们和真正的光子一样,也会对物体施加作用力,而这正是真空中摩擦力的来源。


       不可小觑的真空力量

       两辆汽车如果迎头相撞,就要比一前一后追尾撞碰撞力量更强,同样道理,当物体穿过真空运动时,迎面而来的虚光子就要比那些尾随而至的作用更强一些。所以,如果一个球在真空中旋转,虽然从四面八方都有虚光子飞过来,但是阻碍球转动的虚光子要比推动球转动的虚光子力量强。这样球就会受到真空的摩擦,速度会逐渐减慢。球在转慢过程中损失的动能,则会成为真正的光子从真空中辐射出来。

       在地球上,到处充满了空气,真空摩擦力的影响当然极为微弱。但是在宇宙空间中,有些区域相当空,比我们用各种真空泵制造出来的真空还要空虚得多,如果有一艘宇宙飞船闯进去,真空摩擦力对飞船的影响就显著起来。

       真空摩擦力的强弱与被摩擦物体大小、材料组成都有关系。有些物质,例如黄金与光子作用较弱,在真空中受到的摩擦力就弱。另外,真空摩擦力的强弱还与周围环境的温度有关。温度越高,从真空中冒出来的虚光子就越多,物体受到的摩擦力当然也就越强,运动减慢得就越快。

       在室温下,对于星际尘埃中常见尺寸的微粒,例如直径100纳米的石墨颗粒,旋转速度要减慢到原来的1/3需要用10年时间。而在700℃下(这是宇宙中较热区域的平均温度),只要90天就可以降低到同样的速度。而在仅比绝对零度高上几度的星际空间,这样的过程要用270万年!

       至于能否在实验室中测量真空的摩擦力,首先要看有没有够格的真空。很可惜,人类制造出来的最空的真空也含有一些空气分子,会严重干扰试验结果。要验证真空确有摩擦力,还有待真空技术的进步。

      本文来源:大科技  作者:大科技   仅用于分享。如有侵权,请联系hq13379078029@163.com修改删除。

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