Vacuum permittivity

Vacuum permittivity

Vacuum permittivity，就是真空电容率，又称为真空介电系数，或电常数，是一个常见于电磁学的物理常数，符号为ε0。在国际单位制里，真空电容率的数值为：

ε0=8.854 187 817…… × 10^-12法拉／米。

真空电容率ε0可以用公式定义为:

其中，c0是光波传播于真空的光速，μ0真空磁导率。

采用国际单位制，c0的数值定义为299 792458 米／秒，μ0的数值定义为4π x 10^-7亨利／米。因此，ε0的数值也是个定义值。但是，由于π是无理数；所以，ε0只能近似为:

ε0=8.854 187 817…… × 10^-12 安培²秒⁴千克^-1米^-3(法拉／米)。

这些数值都可以在2006 CODATA报告里找到。

真空电容率出现于电势移D的定义式：

其中，E是电场，P是电介质的经典电极化强度。

学术界常遇到一个错误的观点，就是认为真空电容率ε0是一个可实现真空的一个物理性质。正确的观点应该为，ε0是一个度量系统常数，是由国际公约发表和定义而产生的结果。ε0的定义值是由光波在参考系统的光速或基准（benchmark）光速的衍生而得到的数值。这参考系统称为自由空间，被用为在其它各种介质的测量结果的比较基线。可实现真空，像外太空、超高真空（ultra high vacuum）、量子色动真空（QCD vacuum）、量子真空（quantum vacuum）等等，它们的物理性质都只是实验和理论问题，应与ε0分题而论。ε0的含义和数值是一个度量衡学（metrology）问题，而不是关于可实现真空的问题。为了避免产生混淆，许多标准组织现在都倾向于采用电常数为ε0的名称。

历史背景

如同前面所述，真空电容率ε0是一个度量系统常数。它的出现于电磁量的定义方程，主要是因为一个称为理想化的程序。只使用纯理论的推导，麦克斯韦方程组奇异地预测出，电磁波以光速传播于自由空间。继续推论这个预测，就可以给出ε0的数值。若想了解为什么ε0会有这数值，必须稍微阅读一下电磁度量系统的发展史。

在以下的讲述中，请注意到我们经典物理并不特别区分“真空”和“自由空间”这两个术语。当今文献里，“真空”可能指为很多种不同的实验状况和理论实体。在阅读文献时，只有上下文可以决定术语的含意。

可实现真空和自由空间

自由空间（free space）是一个理想的参考状态，可以趋近，但是在物理上是永远无法达到的状态。可实现真空有时候被称为部分真空（partial vacuum），意指需要超低气压，但超低气压并不是近似自由空间的唯一条件。

与经典物理内的真空不同，现今时代的物理真空意指的是真空态（vacuum state），或量子真空。这种真空绝对不是简单的空无一物的空间。因此，自由空间不再是物理真空的同义词。若想要知道更多细节，请参阅条目自由空间和真空态。

对于为了测量国际单位的数值，而在实验室制成的任何部分真空，一个很重要的问题是，部分真空是否可以被满意地视为自由空间的实现？还有，我们必须怎样修正实验的结果，才能使这些结果适用于基线？例如，为了弥补气压高于零而造成的误差，科学家可以做一些修正。

若想知道怎样才能制成优良的部分真空，请参阅条目超高真空（ultra high vacuum）和自由空间。

请注意，这些缺陷并不会影响真空电容率ε0的意义或数值。ε0是个定义值，是由国际标准组织，通过光速和真空磁导率的定义值而衍生的。