根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程定義了真空背景周期，計算表明真空背景周期在數(shù)值上近似等于真空介電常數(shù)?；邳c電荷電場、電阻定律和位移電流假設，討論了真空介電常數(shù)與宇宙背景溫度的關系。

1 簡介

真空介電常數(shù)，又稱真空介電常數(shù)或電氣常數(shù)，是常見的電磁物理常數(shù)，符號為0。在SI 單位中，真空介電常數(shù)的值為：

0=8.85418781710-12F/米

真空介電常數(shù)是測量物理量（主要是庫侖定律中電荷的測量）時引入的常數(shù)。根據(jù)麥克斯韋方程組，可以推斷出真空介電常數(shù)與其他物理常數(shù)之間的關系。

0=10c20

其中，c0為光在真空中傳播的速度，0為真空磁導率。上式可作為真空介電常數(shù)的定義。

雖然真空介電常數(shù)是一個測量系統(tǒng)常數(shù)，就像它的定義一樣，這個常數(shù)與其他常數(shù)或物理量有關。由于介電常數(shù)本身不是常數(shù)，與介質的性質有關，因此真空介電常數(shù)也應與真空有關。本文與密封技術網(wǎng)（mf.go-we.com）相關專家探討了宇宙背景輻射“真空”環(huán)境下宇宙背景溫度與真空介電常數(shù)的關系。

2、真空背景循環(huán)

在宇宙背景中，氣壓很低，完全滿足理想氣體的要素。若選取宇宙中任意局部區(qū)域（長方體或圓柱體）作為研究對象，則理想氣體狀態(tài)方程可寫為：

PV=NKT (1)

式中，P為系統(tǒng)壓力，V為氣體體積，N為氣體分子數(shù)，K為玻爾茲曼常數(shù)，T為熱力學溫度。由于F=PS，V=Sl，其中F為作用于圓柱體兩個平行底面的壓力，l為圓柱體長度（即兩個平行底面之間的距離），則（1 ) 表示為：

Fl=NKT (2)

由于氣體狀態(tài)方程是實驗結果，因此方程（2）與實驗定律直接相關，方程兩邊都有能量量綱。 (2) 可以理解為整個系統(tǒng)處于保守力場中。單位截面上的力密度為F/S，為兩個底面之間勢能的增量。 KT是系統(tǒng)微觀粒子的平均動能。 NKT是系統(tǒng)的總動能。方程（2）將系統(tǒng)的宏觀能量與微觀粒子的平均能量聯(lián)系起來。值得注意的是，這種解釋與能量均分定理不同。

對于繞原子核中心作圓周運動的電子，當電子從能級電離時，吸收光子的頻率（vn）與電子軌道動能（Ekn）的關系為： hvn=2Ekn?？紤]真空背景系統(tǒng)，如果將KT解釋為微觀粒子的平均動能，則2KT就是微觀粒子的平均機械能。以此類推hvn=2Ekn，2KT=hv 得到：

t=1/v=h/2KT

這里t具有時間的維度。在真空背景中，我們暫時將其稱為真空背景周期。已知普朗克常數(shù)h=6.626210-34kgm2.s-1，玻爾茲常數(shù)k=1.3807kgm2s-2k-1，真空背景溫度T=2.725K(T=2.7260.010K)。計算得出真空背景時間t=8.8110-12秒。

3、真空介電常數(shù)與真空背景周期的關系

值得一提的是，t=8.8110-12秒在數(shù)值上近似等于真空介電常數(shù)0。這兩個量之間有什么關系呢？為了說明這個問題，假設真空中有兩個能帶。具有相同電荷（電荷e）的點電荷彼此相互作用，相互作用勢能

Ep=e2/04r

如果單個電荷以周期t 做圓周運動，則電流強度為I=e/t。根據(jù)實驗結果，電阻的表達式可以寫為：

R=l/s

其中為電阻率，l為介質長度，s為介質橫截面積，電流方向垂直于橫截面。對于兩個點電荷來說，雖然它們是“靜止的”，但它們受到“真空背景溫度”的影響，也在發(fā)生輕微的熱運動。這種運動可以看做簡諧振動（也可以用圓周運動來描述），運動方向在兩個點電荷之間，周期為（即前面提到的“真空背景周期”）。與移動電荷相對應的電流可以被認為是位移電流。這種運動使兩個電荷之間的電場發(fā)生周期性變化，變化的周期也為t。由于位移電流的本質是變化的電場，因此e/t 電流的空間分布可以用數(shù)值表示。當前方向垂直于以r 為半徑的球面。 (5)式中的橫截面積為s=4r2。

由于系統(tǒng)處于真空中，電阻率非常大（相對于導體），但電子的運動是自由的。兩個點電荷之間的電阻為：

R=r/4r2=1/4r

一種電荷相對于另一種電荷的電勢U=IR=e/t·1/4r，對應的電勢能為

Ep=eU=.e2/t4r

比較勢能表達式(4)和(6)可以看出0=t/p，由此可見真空介電常數(shù)0與真空背景周期成正比。如果假設電阻率=1，則真空背景周期和真空介電常數(shù)在數(shù)值上完全相等。根據(jù)式（3）：

0=h/2KT

由上式可知，真空背景溫度與真空介電常數(shù)成反比。這一結果也表明，真實的真空環(huán)境與宇宙背景有直接關系。雖然用e/t來表示位移電流的空間分布并不嚴格，但足以說明真空介電常數(shù)。該常數(shù)的測量值與宇宙的背景溫度密切相關。

4。討論

本文討論的真空是宇宙的背景，并不是完全意義上的真空。完全意義上的真空應該是自由空間或真空狀態(tài)。當然，所能達到的真空只能是超低壓狀態(tài)，也就是部分真空。式（7）的結論表明，宇宙背景溫度與真空介電常數(shù)有關，因此準確測量真空背景溫度非常重要。令人興奮的是，對真空背景輻射的更精確檢測已經(jīng)開始。式(7)還表明，真空介電常數(shù)與真空電阻率成反比，當假設=1時，真空介電常數(shù)和真空背景周期的值近似相等。因此，除了準確測量真空背景溫度外，真空介質電阻率的測量也非常必要。

值得注意的是，文中討論的問題與真空背景周期的定義有關。 hv=2kT 的起源并不嚴格。式中的頻率v不是真空背景輻射的頻率。稍后將對這個公式給出更嚴格的理論解釋。在作品中展開。