導入
真空は一般に、空間領域に物質が存在しないことと定義されます。
毎日
常識では、容器が空であると言うとき、実際には空気で満たされています。空のグラス、空のボトル、空の段ボール箱などには、実際には1 立方ミリメートルあたり約 2・10 15個の分子が含まれています。たとえば大気の 10 億分の 1 という非常に高い真空でも、1 立方ミリメートルあたり数百万の分子が残ります。
物理学では
意味
物理学において、真空は非常に驚くべき、しかし基本的な特性を隠した概念です。
それは何もない（すべてが存在しない）のではありません。現代物理学は、真空エネルギーを議論することが完全に適切であることを示しています。また、それは、時代に応じて移動したり固定されたり、基準の枠組みから独立した、例えば電磁波のサポートとして想像されるエーテルや特定の流体でもありません。後者は物理的現実では観察できないことが証明されたため (マイケルソンとモーリーによって)、このアイデアは放棄されました。
まず、真空は分子が非常に希薄な空間であると言えます。したがって、「真空を作り出す」には、密閉された筐体を用意し、真空ポンプで空気を送り込みます。真空の質は残留空気圧によって定義され、パスカル (Pa、国際システムの単位) で表されますが、工業環境ではミリバール (mbar) またはトール (水銀柱 mm) で表されることが多くなります。この方法では、温度に関係なく、部分的な真空のみを達成できます。
非常に高い真空、「超高真空」は、約 10 -8 Pa の圧力に相当します。 1立方センチメートルあたりまだ200万個の分子が存在します。比較すると、星間ガス内の密度は 1 立方センチメートルあたり 1原子程度です。
しかし、物質の不在は出来事の不在を意味するわけではないと誰が言ったでしょうか。したがって、電磁波は真空を通過し、電磁波の進行に最も抵抗の少ない媒体です（私たちが通常話している光の速度、情報伝達の限界は真空中での速度です）。真空中の電場と磁場には変化がありますが、これらの場は物質的なサポートを必要としません。したがって、完全な真空には、物質と放射線の両方が存在しないことが必要です。
したがって、上で定義された絶対真空は、統計的には素粒子が存在しない媒体です。理論上の最小のエネルギー状態として真空を定義する量子物理学は、それにもかかわらず、粒子とそれに関連する反粒子の自発的かつ一時的な物質化の座であり続けていることを示しています。私たちは仮想粒子について話しますが、仮想粒子は生成直後に消滅します。これらの量子ゆらぎは、エネルギーの正確な値を絶対確実に知ることは決して不可能であるという不確定性原理の直接の結果です。この現象は量子真空ゆらぎと呼ばれます。
アインシュタインは、著書『相対性理論 – 特殊理論と一般理論』 (ロバート・ローソン訳、1961 年) の付録 5 を相対性理論と空間の問題に捧げています。彼はデカルトとカントを引用し、後者に対して前者を支持し、空虚の存在を否定します。つまり、彼はフィールドの空の空間の存在を指定します。彼はこの本の第 9版の序文で次のように述べています。「物理的な物体は空間に存在しませんが、これらの物体には空間的な広がりがあります。このようにして、「何もない空間」という概念は意味を失います。 »
真空品質
「完全な」真空は存在せず、実際には非常に低い圧力です。優れていると考えられる真空 (10 -8 Pa) では、294 K においても 1 立方センチメートルあたり 240 万個の分子が含まれています。
異なる圧力範囲を実現するために、さまざまな種類の真空ポンプがあります。真空の質を説明するために、体積に対する残留物質の量を特徴付ける 4 つの領域を区別します。これらの各領域は、さまざまなデバイスに対応します。
真空はパスカル (Pa、国際システム単位) で測定されますが、業界では一般的にミリバール (mbar、1 mbar = 100 Pa) またはトールで測定されます。
| 真空領域 | 圧力（ミリバール） | cm3あたりの分子数 | 分子の平均自由行程 |
| 一次真空または工業用真空 | 1000 – 1 | 10 19 – 10 16 | 0.1～100μm |
| 平均真空度 | 1 – 10 -3 | 10 16 – 10 13 | 0.1～100mm |
| 高真空または二次真空 | 10 -3 – 10 -7 | 10 13 ～ 10 9 | 10cm～1km |
| 超真空 | 10 -7 – 10 -12 | 10 9 – 10 4 | 1km～ 105km |
| 超超真空 | <10 -12 | <10 4 | >10 5km |
真空圧力
量子真空の最も興味深い特性の 1 つは、カシミール効果によって強調されます。つまり、真空が 2 つの導電プレート間に生成され、外部からの機械的制約がない場合、プレートに圧力がかかり、その値は特定の導電プレートに依存します。システムのジオメトリ。この効果は、真空の概念が幾何学に依存するという場の量子理論の枠組みの中で説明されます。したがって、2 つの導電板の間に囲まれた真空は、筐体の外側の真空とは異なるエネルギー密度を持ちます。このエネルギー密度の違いは、2 つの媒体を分離する界面に加わる機械的な力の直接的な結果となります。