很少挖坟,但看到楼主的结论中一句“真空能否导电是假命题”感觉有待商榷,所以啰嗦几句。
首先,明确真空概念。中学起点,甚至非理论物理专业的大学起点,都可以认为“真空是不存在任何物质及物质微粒的空间”。其实在电学领域,我们讨论真空的时候就是以此为基础展开的。
在这个起点上,我们可以认为:“真空本身是否导电”是一个假命题。真空管的工作原理是阴极电子发射(热发射、光阴极、二次发射、场致发射等)+阳极高压加速。无论它采用哪种发射原理,只要克服了阴极材料的电子逸出功,真空管里就会有电子通过,就会产生电流;这个实验现象是无法描述真空本身性质的。真空管里的真空只是给电子的加速和飞行提供了一个长自由程的通道而已。
然后,我们应该考虑这样一种效应:从量子真空的高度去考虑,真空中是存在量子涨落(能量涨落)和粒子对产生-湮灭效应的。也就是说,真空并非前述的那种死寂空间,而是存在瞬现即逝的虚粒子对。如果我们给真空加上足够强的电场,理论上是可以把瞬时出现的虚粒子对拉开、防止它们互相湮灭的。这种粒子对产生对外电路的效果类似气体的电离,它会表现为真空突然被强电场“击穿”,真空中自发跳出正、反粒子作为电荷载体而导电。
稍微具体来说,γ射线的“对产生过程”就是虚粒子实物化的体现。在紧靠原子核旁的强电场中,一对正-负电子对可以获得一个能量超过10.2MeV的γ光子的全部能量而实物化,正电子就是这样被发现的。然而要用一般的实验仪器来验证这个效应基本是不可能的,因为足够拉开虚粒子对的强电场首先会摧毁电极物质的原子结构,使它的所有电子成为自由电子而破坏被实验真空的真空度;其次是破坏了电极本身。
也许将来我们能获得纯粹由强子构成的、完全不含电子的电极(类似中子星物质),这样才能用高压发生器产生的强电场来真正验证“真空是否导电”吧。