Från Rilpedia

Vakuum (latinsk stavning vacuum) är fysikaliskt uttryck för ett utrymme som inte innehåller någon materia alls. Perfekt vakuum är omöjligt att framställa men vakuum i vardaglig mening, ett kraftigt sänkt lufttryck, är användbart i många sammanhang, exempelvis i barometrar och katodstrålerör i TV-apparater. Ibland menar man även ett måttligt undertryck när man säger vakuum, till exempel talar man om vakuumslangar på bilmotorer och på engelska kallas dammsugare vacuum cleaner trots att varken bilmotorer eller dammsugare ens är i närheten av att åstadkomma vakuum i fysikalisk mening.

Historik

Aristoteles var den som först uttalade sig om vakuum. Enligt honom skydde naturen vakuum, som alltså var ett onaturligt tillstånd som inte kunde existera. Den aristoteliska teorin kring vakuum bestod långt in i modernare tider. 1654 utförde Torricelli ett experiment varmed han påvisade något som måste vara vakuum. Han vände ett kvicksilverfyllt glasrör upp och ned i en vanna, som även den innehöll kvicksilver. Han såg då att kvicksilverytan sjönk en bit i röret, och därmed inte lämnade någonting kvar där. Tomrummet i röret stred mot Aristoteles etablerade lära, men resultat från kompletterande experiment av Blaise Pascal gav vakuumhypotesen en vidare acceptans.

Under 1800-talets studier inom termodynamiken och den statistiska fysiken, klargjordes genom experiment av Jožef Stefan att energidensiteten hos det elektromagnetiska fältet är proportionell mot fjärdepotensen av temperaturen. Fem år senare härledde Ludwig Boltzmann detta teoretiskt. I denna teori fylls en volym av värmestrålning, denna värmestrålning skulle enligt teorin svara på kompression på ett sätt liknande en gas. Sålunda kräver perfekt vakuum en nedkylning till absoluta nollpunkten, då ingen värmestrålning (enligt teorin) finns. Detta teoribygge skulle visa sig ge problem med energidensiteten och spektralfördelningen för svartkroppsstrålning. Energidensiteten gick mot oändligheten och spektralfördelningen kunde endast förklaras med två olika formler, en för höga temperaturer (Raleigh–Jeans lag) och en för låga temperaturer (Stefan–Boltzmanns lag).

År 1900 härledde Max Planck en formel för energin hos elektromagnetisk strålning (se kvantmekanik) där han antog en minsta enhet för energin, så kallade kvantum (pluralis kvanta). Plancks uttryck för energin hos elektromagnetiska strålningen ges av

Den sista termen i Plancks formel, nollpunktsstrålningen, innebär med sitt temperaturoberoende att det alltid finns energistrålning oavsett vad temperaturen är. Då formeln stämmer med de klassiska formlerna i gränsen då antogs Plancks formel för riktig.

Nollpunktsstrålningen förklarar bland annat Lambskiftet i väteatomen och oförmågan hos He-4 att övergå i fast form vid normalt lufttryck. Andra mätbara effekter är Casimireffekten.

Följder av kvantmekaniken

Ett perfekt vakuum kan enligt kvantmekaniken inte finnas: rummet fylls hela tiden av nollpunktsstrålningen och virtuella partiklar (par av partiklar och antipartiklar).

Externa länkar