本人的一些意见
一、实验事实:
1.热电子发射
在真空中加热灯丝,电子从灯丝上大量飞出,在电场下形成电流,应用见“电子管”
2.冷发射
经典理论上说,金属中的电子要从金属中飞出,必须作逸出动,所以在室温上,能克服金属与真空势垒从金属上逸出的电子是很少的,但实验发现,只要电极电压比效高,多高的真空都能产生电流,冷发射的电流可以相当大,金属中少量电子作逸出功飞出的观点,无法解释较大的冷发射电流,根据近代观点,电子有波粒二象性,服从量子力学规律,按量子力学,电子射到势垒壁时,不被全部反射,而有可能贯穿势垒,从金属中飞入真空,而且势垒越窄,逸出可能性越大,这就是量子力学中的隧穿效应。外加电场大大降低变窄势垒,电子有更大概率逸出[1]
应用:扫描隧道显微镜
二、真空的概念及演变[2]
库伦定律1.2—6)式给出了处在真空中的两点电荷之间的作用力,通常称为真空中的库仑定律.在物理学中,真空的概念是在不断演变的,真空变得越来越复杂.真空并非什么都没有,恰恰相反,真空有许多复杂的性质,有丰富的内容。
最早,人们头脑中的真空是指什么都不存在的空间,若房间内什么物件都不存在,则此房间便是真空,后来发现,房间内虽无看得见的东西,但仍充满着各种气体的原子或分子,并非真空,于是认为只要把气体抽去后,房间便成真空,场的概念确立以后,认识到真空中虽无原子、分子,但仍充满着场.场是物质的一种形态,因此真空仍是有物质存在的空间,在经典的电磁理论范围内,把真空看作没有原子、分子存在的空间就可以了(可以有带电粒子),但了随着物理的不断发展,真空的概念亦在发展,内容也更加丰富。
1928年,狄拉克把薛定谔(Schrodinger)波动方程推广到相对论的情形中,得到所谓狄拉克方程,把狄拉克方程用到电子,得到电子的总能量可以是正也可以是负的结论,若电子的静止质量为 mo,其静能为m0c2,电子可以处在大于+ m0c2的状态,也可处在小于-m0c2的状态,并可从正能量状态向负能量状态跃迁,“负能量”问题在相对论力学中普遍存在,在量子力学中,引起重视,例如,一个正常的氢原子,可以不断地发出辐射并向低能级跃迁,由于低能量没有下限,能量负了还可以负,好像在一个无底的深渊里永远向下沉,这将与氢原子稳定的事实相抵触,根据泡利不相容原理,每一个确定的电子状态只允许有一个电子,如果所有的能量为负的电子状态都已被电子占满,则能量为正的电子就不可能再跃迁到负能量的状态上去了,因而氢原子不可能不断发出辐射而跃迁到负能级去,从而保证了氢原子的稳定性。在物理上,把所有的电子的负能量状态都被粒子占满、所有的电子的正能量状态都空着,没有被粒子占有状态称为真空,所以真空也就是粒子能量最低的状态,做一个比方,设想空间充满着完全相同的东西,你也许会感到这空间与什么都没有的空间完全相当,一旦空间出现了某种破绽,有了某种缺陷,即发生了破缺,你也许反而感到出现破缺的地方不空了,有什么东西存在了。
在真空状态,若给一定的能量,把电子从负能量状态激发到正能量状态,于是正能量状态出现一个电子,带负电,而负能量状态留下一个“空穴”,结果,其他处在负能量状态的电子便可进入这一空穴,留下一个新的空穴,或者说空穴发生了“转移”,空穴的运动行为与电子的运动行为一样,其质量与电子的质量相等,电量也与电子的电量相等,不过是正的电荷,这个空穴就是正电子,它是电子的反粒子。1932年,安德逊(XXXXXXderson)从宇宙射线中找到正电子,证实了狄拉克的设想,当负能态存在空穴时,一个处在正能态的电子可以跨入到负能态,把负能态的空穴占领,并发出光子,这时,正能态的电子不见了,负能态的空穴也不见了,仅多出了光子,这就是正负电子湮没产生光子的过程,相反,若处在负能态的电子吸收光子后跃迁到正能态,于是光子不见了,正能态出现了一个电子,负能态出现了一个空穴,这就是光子产生正、负电子的过程,按照现代量子场论的观点,粒子存在的状态可看作相应的量子场的激发态,而未被激发的代表了没有任何粒子存在的状态,看作是自然界的真空,所以真空就是量子场的基态。三、导电含义
在导电过程中,真正重要的是电子(载流子)还是场呢?
答案是后者。在导电中电源建立起场,通过场建立回路让载流子流动。通过计算稳恒电路的场的能流密度分布,不难发现,电源输出的功率是通过场来输出的,而电阻消耗功率也是因为导体产生一个轴抽反向场使一部反能量进导体,而载流子和导体的作用,则是起了场源和引导场和能量走向作用。
四、结论:真空可以传导载流子(电子),电子可以通过热电子发射和冷发射进入真空;
真空可以传导场,可以通过场的变化传输能量;
如果不钻牛角尖,真空可以导电,并有实际用途:电子管,扫描隧道显微镜,真空电容
[1]电磁学 第二版 高等教育出版社P.93
[2]电磁学 第二版 高等教育出版社P.8