仰望星空，我们经常会感慨宇宙之浩瀚。古人一度以为天空是一个镶满奇异宝石的盖子，随着科学的发展，人们才明白天上那些闪亮的光点原来是一颗颗巨大无比的星球，与它们相比，我们身处的地球不过是一粒微不足道的灰尘，而在我们与那些巨大星球之间，是没有任何东西的真空地带。
仰望星空
几千年来，哲学家们一直在争论“没有”的本质，而在物理学家们看来，当他们什么都找不到时，“真空”才意味着什么都没有。
宇宙真空真的是什么都没有吗？
科学的结果表明，宇宙中并不存在真正的真空，事实上在宇宙的每一个角落，包括我们原以为空无一物的浩瀚空间里，无处不充斥着各种物质。
人造真空
为了满足许多物理和化学实验的需要，许多年来科学家们一直都试图在实验室里制造一个真空的环境。但到现在为止，人们在陆地上的建造的超高真空实验室也只能达到约1万亿分之一的大气压强。换句话说，在这样的空间里，你在1立方厘米的范围内依然能找到约100个气体颗粒。
这显然并不能算是理想的真空状态。
美国为测试阿波罗飞船而打造的大型真空实验舱
近地空间的真空
绝大多数的人造卫星、飞船和空间站都运行在距离地面400公里左右的近地轨道，这里处于地球大气层的上方，一度被称为真空地带。但科学家们很快就发现这里依然存在许多氢气、氦气、少量的氧和其它气体，这些空气给高速运行的飞行器带来阻力，卫星需要额外携带许多燃料调整轨道高度才不至于失速坠毁。
月球表面依然不是真空，这里的气体浓度大约是每立方厘米10^6个气体分子，与国际空间站运行的轨道高度差不多。
如果我们离月球稍远一点，真空度明显要高许多，科学家们探测到这里每立方厘米的空间里有约70个氢原子。而到了更远些的太空 ，每立方厘米的原子数量就下降到1个左右了。
最近研究发现地球的大气层延伸到了60万公里的高空
银河系的真空
摆脱了地球大气的影响，来到太阳系之外的星际空间，是不是就有真正的真空了呢？
答案是否定的。
尽管太阳系距离最近的恒星也有4.2光年，在如此广阔距离的空间里，每立方厘米依然有约0.1个氢原子，据计算，整个银河系中的中性氢密度为1个/立方厘米。说到这里你也许意识到了，在银河系里，氢的分布并不是平均的，它在许多地方会形成大块丝状的云团，天文学家称之为“云”，云的原子密度大约在10-100个原子/立方厘米。
而在另一些地方，中性氢因为被强烈的紫外线剥走了电子而形成氢离子，天文学家称之为HII，HII实际上是H+。有人称其为氢2，其实这是一种错误的表述，它容易与氢气分子混淆。
猎户座大星云，其中有大量HII和氢气分子
银河系中还有大约100万-1000万个太阳质量的氢气分子，这些氢气分子的密度大约是100-100000个/立方厘米。
银河系中的HII和氢气分子往往会构成极其庞大的分子云，它们是银河系恒星的摇篮。像著名的鹰状星云、猎户座大星云和三裂星云等，都是由HII和氢气分子组成的庞大星云。
除了氢、氢离子和氢气分子外，银河系的广阔空间中还有相当多星际尘埃，这些尘埃颗粒都非常小，跟香烟的烟雾差不多。尘埃尽管只占星际介质总量1%，但它的散射作用却遮蔽了视线，使我们无法看到远处的星光。
猎户座可见光（左）与红外光（右）对比照片
在银河系，虽然星际介质比人类在实验室中产生的真空度要低好几个数量级，但仍有大约5-10亿个太阳体积的气体和尘埃散布在其中，这些气体和尘埃的总质量大约占到我们可见恒星总质量的5％。
星系间真空
银河系内部的真空不空，它充斥着大量的气体与尘埃，那么星系与星系之间更加广阔的空间会是真空吗？
科学家们估计，在星系之间的太空中，大约每10立方米的空间里只有一个原子，这似乎已经很接近理想化的真空了。然而这里依然存在大量的光子、中微子、超新星爆发遗迹，甚至还有许多我们看不见的暗物质。引力波的传递究竟是扭曲了时空，还是通过另一种我们尚未发现的物质在起作用？这一切都无从知晓。因此，在星系之间的太空里，依然不能称为完美的真空。
一个距离我们50亿光年的星系团
量子真空
从量子理论的角度，真空被定义为一种能量的状态，你永远无法通过实验来实现一个真正的真空。因为即使是你通过某种技术拿走了空间中所有的粒子，你也无法移除所有的黑体光子。
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作者简介：陈关荣 ，香港城市大学讲座教授， 北京大学长江讲座教授。1996年他成为电气电子工程师学会会士，2019年他成为了电气电子工程师学会终身会士。1999年，他提出双多卷波混沌吸引子