为什么实验室做不到完全的真空？如果已经真空了还继续抽会怎么样？
为什么实验室做不到完全的真空？
这事儿说起来，得从“真空”的定义本身说起。我们通常说的“真空”，是指压力非常非常低的空间。理论上，完全真空就是压力为零，也就是说空间里没有任何粒子存在，包括气体分子、原子甚至电子。
但现实世界不是纯粹的理论。实验室里之所以做不到完全真空，有几个主要原因：
1. 容器的限制： 即使是最坚固、最密封的真空腔体，它本身也不是一个绝对封闭的盒子。构成腔体的材料，比如不锈钢、玻璃等，虽然看起来很光滑，但从微观上看，它们的表面都是不平整的，有无数的原子和分子吸附在上面。这些吸附的分子，尤其是有机物，会不断地释放到腔体内部，增加内部的压力。这就像一个房间，你以为已经扫干净了，但墙壁上、角落里还是会有灰尘慢慢飘下来。
2. 材料的释放（Outgassing）： 真空腔体以及所有进入真空系统的零部件（比如阀门、接头、传感器等），在制造和组装过程中，都会吸附或溶解一些气体分子，特别是水蒸气。当你开始抽真空时，腔体内的气压降低，这些被吸附或溶解的气体就会从材料表面或内部缓慢地释放出来，重新进入真空空间。这个过程叫做“释气”（Outgassing）。材料越是有porous（多孔性），释气现象就越严重。水蒸气是最常见的释气源，因为它容易被大多数材料吸附。
3. 密封的完美性： 任何连接处，哪怕是经过精密加工和特殊密封材料（如O型圈）的连接，都无法做到绝对的“零泄漏”。总会有微量的气体分子从这些密封处渗透进来。这个渗透速度非常慢，但只要时间足够长，这些分子就会累积起来，提高腔体内的压力。想一想，你就算把一个气球吹得再足，放上一天两天，里面的空气也会慢慢跑掉一点，虽然感觉不出来，但真空也是类似的道理。
4. 真空泵的极限： 用来制造真空的真空泵（比如涡轮分子泵、扩散泵、罗茨泵等）都有其工作的极限压力。它们的工作原理是将气体分子从真空腔体排出，但总会有一些极小的分子或少量气体是它们难以抽走的。有些泵本身也会释放出少量气体，或者效率会随着腔体压力降低而下降。所以，真空泵本身无法把空间里的所有粒子都“吸”出去。
5. 背景辐射和宇宙射线： 即便我们把所有空气分子都抽走了，但宇宙空间中充满了各种辐射，比如宇宙射线、星际尘埃粒子等等，它们会穿过腔体壁（如果腔体不是足够厚重），偶尔也会有粒子进入真空空间，增加一点点压力。虽然这个影响非常非常小，但从理论上讲，这就是“完全真空”的阻碍之一。
如果已经真空了还继续抽会怎么样？
这个问题很有意思。如果在某个时刻，你认为已经达到了你所能达到的最低压力，然后你继续使用真空泵的话，会发生以下几种情况，具体取决于你使用的真空泵类型和当时的压力水平：
1. 泵的效率降低或停止工作：
机械泵（如旋片泵）： 这类泵依靠机械运动来移动气体。当腔体压力非常低时，泵入口的压差变得很小，气体分子密度也变得非常低。这时候，泵的效率会急剧下降。如果泵的设计极限已经达到，继续运行可能不会有显著的压力降低效果，甚至泵本身会因为低压下的润滑油蒸发等问题而受到影响。
涡轮分子泵/扩散泵： 这些泵通过高速旋转的叶片或分子束来将气体分子定向输送到低压侧。当腔体压力极低时，气体分子的平均自由程（两个分子碰撞的平均距离）远大于泵的尺寸，气体分子主要以直线运动为主。泵的叶片或分子束就很难捕获到这些运动非常“自由”的分子。当腔体压力低于泵的某个工作范围时，泵可能就无法再有效地抽气了，甚至会停止工作，因为它无法再将气体排出到大气压或另一个低压系统。
2. 对腔体和材料的潜在影响：
过度干燥和吸附性增强： 当腔体内的水蒸气和其他吸附性气体被抽到极低水平时，腔体材料表面的分子会变得更加“活跃”，更容易吸附后续进入的任何气体分子，包括泵本身可能释放的微量气体。这就像一个极度干燥的海绵，一旦接触到一点点水分，就会迅速吸收。
某些材料可能会受到损坏： 对于一些非常精密的、由特殊材料制成的设备，如果长期处于极低压力下，并且腔体内的残余气体分子也非常少，某些材料可能会发生表面化学反应，或者发生电子发射等现象，虽然这种情况非常罕见，且通常是特定实验条件下的考虑。
残余气体的“提纯”： 在理论上，如果你能持续地将某个空间内的特定气体分子抽走，而其他类型的分子（比如极重的惰性气体原子，如果它们被困在材料中）被释放出来，那么随着时间的推移，腔体内的气体成分比例可能会发生变化。但通常我们抽的是混合气体，所以这种情况不明显。
3. 泵本身的损耗和维护：
真空泵，尤其是高速旋转的泵，本身也有一定的寿命和维护要求。在极低压力下工作，如果泵的润滑系统或冷却系统不是设计用来处理这种极端情况的，可能会加速泵的磨损，或者导致其过热。
油封式泵在极低压下，润滑油的蒸发会更严重，污染真空腔体，也消耗润滑油。
总结来说， 在实验室里追求“绝对真空”是一个不断逼近极限的过程。我们努力降低压力，但永远无法完全消除所有粒子。当一个真空系统已经达到其设计和能力的极限时，继续“抽”下去，要么是泵不再有效，要么就可能对系统本身产生不利影响，而不是获得更低的真空度。所以，在实际操作中，我们关注的是达到特定实验所需的“工作真空度”，而不是那个理论上不可能实现的“完全真空”。
网友意见
这个问题可以说明题主缺乏真空的基本知识和基本概念。最近双十一，一门心思地写好物推荐啥的，也不太好意思，正好借这个问题写点真空知识。盼 @知乎科学 斧正。
可以看出题主缺乏“极限真空”的概念，并且不明白，真空需要维持。
一个真空系统，它的气压不会随着抽气无限下降，它最终会达到一个平衡，即极限真空。此时真空系统的漏率（即从系统外漏进来的）、系统的内表面放气（系统内表面吸附的分子）和泵组的抽速达到平衡，气压基本保持稳定。而这个真空是需要使用泵组维持的，此时如果关闭泵组，由于漏气和放气，真空度会变差。
气压单位和真空分类
为后文叙述方便，此处先就常见气压单位做个简介。气压的国际单位是帕斯卡，即Pa，1 Pa = 1 N·m^-2；一个大气压，即1 atm = 1*10^5 Pa；而真空领域更喜欢使用的单位是Torr和mBar。Torr即托里拆利（发明水银气压计的科学家），它是mmHg柱的同义词。mBar即毫巴（源自希腊语），1 Bar = 1 atm。所以 1 mBar = 100 Pa；1 Torr = 1.36 mBar。但由于讨论真空时，一般关注到数量级即可，mBar和Torr经常混用，两者也是真空领域最常用的气压单位。
一般来说，按照气压不同，真空可以分为五个等级，粗真空（大气压~1 mBar）、中度真空（1~10^-3 mBar）、高真空（HV，10^-3~10^-7 mBar）、超高真空（UHV，10^-7~10^-12 mBar）；更特殊的还有极高真空（一般定义为< 10^-12 mBar）。
下面从泵的角度出发，从低到高叙述各级真空。
机械泵
机械泵是最常见的真空泵，它的种类纷繁复杂，但归根结底，都是通过机械压缩空气，将空气从真空系统中抽出。常见的机械泵通过转子和定子的相对运动工作；比较特殊的罗茨泵使用双转子模式。
机械泵的极限真空的限制因素一般是系统内的死空间和密封油的压力。前者可以通过提高加工精度减少，但不可消除；后者可以通过使用无油机械泵（即干泵）来消除。通过多级机械泵联用，也可以适当提供极限真空。
一般来说，机械泵可以达到粗真空和中度真空。这也是日常生产中最常见的真空量级，视频的真空包装、不严格的真空镀膜等，一般都在这个量级。
分子泵
要获取更高的真空就需要使用分子泵。涡轮分子泵是目前常见的分子泵。分子泵的工作原理是，高速旋转的动叶片和静止的定叶片配合，给气体分子一个额外的速度，将其打出真空系统，从而被抽除。
使用分子泵需要特别注意，大量分子冲击叶片会对分子泵叶片造成损害。因此分子泵需要连接前级机械泵，只有在中度真空建立的条件下才能使用分子泵进行抽气。另外，抽气过程中，要特别注意不能引入强负载（即腔体内进入大量气体），否则有字面意义上的“泵毁人忘”的危险。（目前分子泵一般有耐冲击设计和停机保护，但低端分子泵确实存在叶片损坏，击穿泵体，飞出伤人的危险。）
使用分子泵一般可以抽到10^-8 mBar量级。此时腔体内壁的放气以成为限制真空度进一步降低的重要因素。我们一般会通过烘烤进一步提高真空度，即通过加热整个真空腔体，使内表面吸附的分子大量脱附，并被抽除。经过烘烤的系统，降温后，使用分子泵一般能抽到10^-9 mBar量级。
分子泵对轻气体的抽速一般较低，且会引入振动，也是实际使用中要注意的问题。
在高真空环境下，一般可以完成气相分子束实验，也可以完成绝大部分半导体、高端制药等行业的生产。
离子泵及吸附泵
要进入超高真空领域，就需要进一步使用离子泵或者吸附泵。
严格地讲，离子泵也是一种吸附泵。它通过高压放电，将空气电离，然后电离的空气会经过电场、磁场作用吸附在由金属钛构成的阴极板上。
传统的离子泵对稀有气体的抽速相当有限（或者说几乎没有），因此在使用离子泵维持真空时，一定要注意千万不要引入稀有气体负载。目前，增加对稀有气体的抽速是离子泵的主要研发方向。
离子泵是获取和维持超高真空的最常用手段。但它也有自己的局限性，离子泵会引入磁场，对磁场有严格要求的环境（如高精度ARPES），离子泵就不大合适了。这时候一般会使用吸附泵。吸附泵一般分为两种，一种活泼金属来吸附腔内的空气分子；另一种则是低温泵，通过使用液氦或压缩机制冷，使用冷屏吸附腔体内分子，提高真空度。
注意，此处不是指直接使用离子泵或吸附泵来建立超高真空。超高真空环境需要在烘烤条件下使用机械泵、分子泵、离子泵（吸附泵）逐步抽气建立，并最后使用离子泵（吸附泵）维持。
超高真空一般用于表面科学研究。首先超高真空有利于保持样品表面的清洁。其次超高真空环境保证了电子的长自由程，这是电子能谱技术要求的。
真空系统还涉及到密封材料和方式的选择，选择合适的真空规进行测量，残余气体分析，捡漏等问题。无聊的时候我可能再写点。也可以直接阅读真空教材。
下面这本书是真的全面而详细，绝大部分需要的知识都可以查阅到。就是不知道为啥不再版，网上卖的都是稀有货，价格有点高。
有讲的不对的地方，也欢迎专业的朋友斧正。想提议更改示意图片产品的品牌，也欢迎联系。XD
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