Вакуўм

Вакуўм (па-лацінску: vacuum — пустэча) — стан матэрыі ў адсутнасьці рэчыва. Таксама яго часам завуць беспаветранай прасторай, хоць гэта і няслушна.

Вакуўм — стан разрэджанага газу, пры якім даўжыня вольнага прабегу малекул больш памераў пасудзіны, у якой знаходзіцца газ.

Варта адрозьніваць паняцьці фізычнага вакуўму і тэхнічнага вакуўму.

Тэхнічны вакуўм

Ужываецца звычайна да газу, які запаўняе абмежаваны аб'ём. У макраскапічных аб'ёмах ідэальны вакуўм недасяжны на практыцы, паколькі пры канчатковай тэмпэратуры ўсе матэрыялы валодаюць ненулявой шчыльнасьцю насычаных пароў. Акрамя таго, шматлікія матэрыялы (у тым ліку тоўстыя мэталічныя, шкляныя і іншыя сьценкі пасудзін) прапускаюць газы. У мікраскапічных аб'ёмах, аднак, дасягненьне ідэальнага вакуўму ў прынцыпе магчыма.

На практыцы моцна разрэджаны газ завуць тэхнічным вакуўмам. Строга кажучы, тэхнічным вакуўмам завуць газ у пасудзіне або трубаправодзе з ціскам ніжэй, чым у навакольнай атмасфэры. Паводле іншага азначэньня, калі малекулы, або атамы газу перастаюць сутыкацца адзін з адным, і газадынамічныя ўласьцівасьці зьмяняюцца вязкастнымі (пры ціску каля 1 Тор) кажуць аб дасягненьні нізкага вакуўму. Звычайна нізкавакуўмная помпа стаіць паміж атмасфэрным паветрам і высокавакуўмнай помпай, ствараючы папярэдняе разрэджаньне, таму нізкі вакуўм часта завуць фарвакуўм. Пры наступным паніжэньні ціску ў камэры, павялічваецца сярэдняя даўжыня вольнага прабегу λ малекул газу. Пры λ >> d, дзе d - памеры камэры, малекулы газу ўжо не сутыкаюцца адзін з адной, а вольна перамяшчаюцца ад сьценкі да сьценкі, у гэтым выпадку кажуць аб высокім вакуўме(10^-5 Тор). Звышвысокі вакуўм адпавядае ціску 10^-9 Тор і ніжэй. Для параўнаньня, ціск у космасе на некалькі парадкаў ніжэй, у далёкім жа космасе і зусім можа дасягаць 10^-30 Тор і ніжэй.

Высокі вакуўм у мікраскапічных парах некаторых крышталяў дасягаецца пры атмасфэрным ціску, што зьвязана менавіта з даўжынёй вольнага прабегу газу.

Апараты, якія выкарыстоўваюцца для дасягненьня і падтрыманьня вакуўму, завуцца вакуўмнымі помпамі. Для паглынаньня газаў і стварэньня неабходнай ступені вакуўму выкарыстоўваюцца гэтэры. Шырэйшы тэрмін вакуўмная тэхніка уключае таксама прыборы для вымярэньня і кантролю вакуўму, маніпуляваньня прадметамі і правядзеньня тэхналягічных апэрацый у вакуўмнай камэры, і т. д.

Варта адзначыць, што нават у ідэальным вакуўме пры канчатковай тэмпэратуры заўсёды маецца некаторае цеплавое выпраменьваньне (газ фатонаў). Такім чынам, цела, зьмешчанае ў ідэальны вакуўм, рана або позна прыйдзе ў цеплавую раўнавагу са сьценкамі вакуўмнай камэры за кошт абмену цеплавымі фатонамі.

Фізычны вакуўм

Пад фізычным вакуўмам у сучаснай фізыцы разумеюць цалкам пазбаўленае матэрыі прастора. Нават калі бы атрымалася атрымаць гэты стан на практыцы, ён ня быў бы абсалютнай пустэчай. Квантавая тэорыя поля сьцьвярджае, што, у згодзе з прынцыпам нявызначанасьці, у фізычным вакуўме стала нараджаюцца і зьнікаюць віртуальныя часьціцы: адбываюцца так званыя нулявыя ваганьні палёў. У некаторых пэўных тэорыях поля вакуўм можа валодаць нетрывіяльнымі тапалягічнымі ўласьцівасьцямі, але ня толькі, а таксама ў тэорыі могуць існаваць некалькі розных вакуўмаў, якія адрозніваюцца шчыльнасьцю энэргіі, і т. д.

Некаторыя з гэтых прадказаньняў тэорыі поля ўжо былі пасьпяхова пацьверджаныя экспэрымэнтам. Так, эфэкт Казіміра і лэмбаўскі зрух атамных узроўняў тлумачыцца нулявымі ваганьнямі электрамагнітнага поля ў фізычным вакуўме. На некаторых іншых паданьнях аб вакуўме грунтуюцца сучасныя фізычныя тэорыі. Напрыклад, існаваньне некалькіх вакуўмных станаў (так званых ілжывых вакуўмаў) зьяўляецца адным з галоўных асноў інфляцыйнай тэорыі Вялікага выбуху.

Але, мабыць, самым навочным з зьяў, якія нельга растлумачыць, не выкарыстаючы ідэю аб нулявых ваганьнях вакуўму, гэтае спантанае выпраменьваньне. Самыя звычайныя выпраменьвальныя спантана лямпы напальваньня не сьвяціліся бы, калі бы вакуўм быў абсалютнай пустэчай. Справа ў тым, што любы аб'ект (а, значыць, і ўзбуджаны атам), зьмешчаны ў абсалютна пустая прастора, уяўляе сабой замкнёную сыстэму. А паколькі такая сыстэма стабільная ў часе, то ніякага выпраменьваньня не адбывалася бы. Ужо з гэтай простай развагі зразумела, што тлумачэньне спантанага выпраменьваньня патрабуе прыцягненьня больш складанай мадэлі вакуўму, чым клясычная абсалютная пустэча.

Глядзіце таксама

• Вакуўмная зброя
• Ілжывы вакуўм
• Тэорыя струн
• Эйнштэйнаўскі вакуўм

Вонкавыя спасылкі

Вакуўм — сховішча мультымэдыйных матэрыялаў