商榷："大气压""气压""真空"概念的相互关联

  张哲

我的文章《两个新实验就可以验证有无"第五种力"！》在中科院网站登出后和网友们进行了部分的相关讨论，讨论过程中我发现我们的分歧的核心主要集中在对气压、大气压以及真空概念的理解和认知上，考虑再三还是决定值得把该问题作为一个新命题重新做一个研究讨论，不到之处希望得到专家学者以及个网友的批评指正。 气压这个概念是日常生活中最常见也最常用到的概念，但是气压这个概念也是最模糊、最模棱两可的概念，以至于由于这个概念的长期模糊、模棱两可最终导致人们对其它概念的认知、认识被蒙蔽而裹足不前，所以今天有必要郑重的对此概念进行朔本清源给一个明晰的内涵和外延。日常生活中的"气压"概念应该有两层含义：第一层是大气压的简称；第二层是气压本身；大气压又有两层含义：第一层是大气压力的简称；第二层是大气压强的简称；气压也有两层含义：第一层是气体压力的简称；第二层是气体压强的简称；可见我们日常生活中所说的"气压"概念总共应该有四层含义正是由于"气压"概念中这四种含义具有递进、包含和被包含这种特殊关系的客观存在，所以直接导致人们在日常生活中对"气压"概念和"大气压"概念之间相互混淆甚至是相互混用，故而最终导致认知、认识上的一片混乱。下面我们着重讨论一下大气压概念和气压概念之间的相互关联和区别。 大气压主要包括大气压强和大气压力这两个概念，所谓大气压力即特指地球表层以上上千千米（公里）高的空气质量因受到地球引力作用所产生的重力压迫作用力；所谓大气压强即特指地球表层以上上千千米（公里）高的空气质量因受到地球引力作用所产生的重力压迫作用力对地球表面所产生的压强，前者是压力单位后者则是压强单位，特别值得注意的是大气压力的方向同重力的方向永远都是竖直向下的。 （重点）从大气压的定义中我们可以清楚的看出，大气压的产生是由地球上所有的气体共同参与所造成的一种结果。 如图1所示，该图为（物体A）大气压强示意图，按照大气压的定义此时物体A上所受到的气压为1个标准气压值，但当该物体A被一个1米高的密闭箱密封在箱子内部从而与外界空气隔离隔绝后，按照大气压的定义此时物体A上所受到的气压接近或约为0个气压单位。如图2所示，该图为（物体A）在密闭隔离大气压强下的大气压强示意图， ※我们存在混淆和争议的是大气压和气压概念。所谓气压即气体压力，特指气体膨胀压力即特指一定量的气体在质量不变体积缩小、体积不变质量变大或单位质量或体积的气体在温度升高时气体所产生的膨胀作用力；所谓气体压强即特指一定量的气体在质量不变体积缩小、体积不变质量变大或单位质量或体积的气体在温度升高时气体所产生的膨胀作用力对物体表面所产生的压强，特别值得注意的是气压的方向则是可以向任意方向的。 （重点）从气压的定义中我们也可以清楚的看出，气压和大气压则恰恰相反，气压的产生则是某一部分气体在一定条件下所产生出的一种结果。 如图3所示，该图为气体压力、压强示意图，球A内部的气压为2个气压值。综上所述，我们可以看出气压和大气压在概念的内涵和外延上有着重大的严格的区别。大气压是因所有空气的质量受到地球引力而产生的一种重力压迫作用，气压则是部分空气受到压缩或受热等所具有的体积膨胀作用。这二者是两个完全有不相同的概念，必须严格区分开来且谨慎使用！举例说明，由于大气压是重力所为故而大气压是随着海拔高度等地域性的变化而变化的，大气压理论认为一般情况下，在海拔2千米以内可以近似地认为每升高12米大气压降低1毫米汞柱。但是由于气压产生的原理不同于大气压产生的原理故而则不受这种重力等条件的限制，比如一个球A内充满两个单位的气压后，就是把它放在月球上（特指高度）它的气压依然是两个大气压，不会因为海拔高度等地域性变化而变化。  这就是大气压与气压的本质区别，从中可见大气压和气压虽然均被称作"气压"，但是二者有本质上的区别，所以在认识和运用气压和大气压的概念上一定要谨慎而严谨，否则就会产生谬误。正是由于人们对大气压和气压在认识上的混淆和在运用上的混用，直接导致对真空概念上的模糊以及错误的认识。 下面我们来看看真空概念。 日常生活中的"真空"概念也有两层含义：一层是哲学意义上的真空，一层是物理学意义上的真空。   作为哲学意义上的真空，词性为形容词性主要用它来形容某容器或空间内没有任何物质和作用；作为物理学意义上的真空，词性是名词或代词主要用它来指代没有任何实物粒子的空间。    真空的内涵是指低于一个标准大气压的气态空间，其外延指代物质赖以存在和运动变化的空间场所，根据真空的定义的内涵我们很清楚的可以看出，气压和真空 来形容该空间状态；当某一特定空间气体分子越来越少时我们就用"真空" 来形容该空间状态；根据气压值的大小，气压可以分为低气压、高气压、超高气压、极高气等等几个级别，根据真空度的大小，真空也可以被分为低真空、高真空、超高真空、极高真空等等几个级别。是一对相互关联的概念其主要用来描述空间的某种客观状态。当某一特定空间气体分子越来越多时我们用"气压" 综上所述，我们会发现一个非常奇特A则真空压强为-A。 的现象，气压和真空可以相互转化，数值为正时则为气压、数值为负时则为真空，并且气体压强和真空压强大小相等而方向相反！也就是说，当气压值为正值时和气压为负值时，其压力和压强方向正好相反，假如气体压强为 如图4所示，该图为真空压力、压强示意图，球A内部的真空压力为2个气压值。 真空（物理意义上的真空含义）到底是不是真空（哲学意义上的真空），这并不取决于我们的直觉更不取决于我们的信仰，而取决于空间本身的自然属性以及我们的科学实验研究结果，实验结果验证真空（物理意义上的真空含义）为真空（哲学意义上的真空）之后我们才可以定义该真空（物理意义上的真空含义）就是真空（哲学意义上的真空），那么真空到底是不是真空呢？我们拭目以待...... 总结：综上所述我们会发现，正是气压的这四层含义和真空的这两层含义的相互混淆和相互混用，最终导致了人们无法正确的认识托里拆利实验的真正、真是科学价值及其意义，要认识托里拆利实验的真实价值和真正意义，我们必须澄清气压的这四层含义和真空的这两层含义之间的区别和联系。希望本文能够启发人们新的思维和认知能力，从而对认知托里拆利实验的本质有帮助作用！