Vakuumas

Vakuumas (lot. vacuum – „tuštuma“) – erdvės dalis, kurioje nėra jokios medžiagos (net oro).^[1] Šių praretintų dujų slėgis yra kur kas mažesnis už atmosferos slėgį.

Nėra visiškai sutarta dėl vakuumo skalių žymėjimo, jų ribų nustatymo, tačiau tipinės ribos yra šios:

Absoliutusis vakuumas yra ideali būsena, kuri praktiškai negali būti pasiekta nei laboratorijoje, nei atvirame kosmose, kur yra keli vandenilio atomai kubiniame centimetre (10^-14 Pa). Dabartiniais laikais vakuumą yra sutarta laikyti uždarą erdvę arba kamerą, kur dujų slėgis yra žemesnis nei atmosferos slėgio (101 kPa), arba buvo sumažintas tiek, kiek reikia, kad dujos būtų maksimaliai suspaustos ir neišeitų laukan.

Vakuumo priešingybė, kurios taip pat neįmanoma pasiekti, yra vadinama plenumas (plenumo sąvoka atsirado XVII a. iš filosofinės idėjos, kad gamta nemėgsta tuštumos).

Apibūdinti visai dalinio vakuumo charakteristikai prireiktų kelių parametrų (tokių kaip temperatūra). Inžinieriai vakuumą matuoja pagal jo slėgį. Pagal tarptautinę matų sistemą (SI), slėgio vienetas yra paskalis (Pa), bet vakuumas dažnai matuojamas kitais vienetais – gyvsidabrio stulpeliu (mmHg) arba torais (Torr). 1 mmHg = 1 Torr = 133,3223684 Pa. Taip pat dažnai išreiškiama barometro skale arba procentais nuo atmosferos slėgio.

Lengviausias būdas sukurti dirbtinį vakuumą yra padidinti talpą. Pavyzdžiui, jūsų raumenys išsiplečia taip sudarydami tuštumą jūsų plaučiuose, kuriuos tuojau pat užpildo oras. Oro išstūmimas, angos uždarymas ir taros padidinimas – tai pagrindiniai veiksmai norint sukurti vakuumą arba pumpavimo principu paremtą mechanizmą.

Kol kas žemiausia slėgio riba pasiekta laboratorijose yra apie 10^-13 Pa.

Didžioji dalis atvirojo kosmoso turi tankį ir slėgį, kurie yra beveik lygūs idealiajam vakuumui. Jis yra šaltas ir jame nėra trinties. Didžioji dalis visų savybių išlieka nežinomos. Visas mums žinomas kosmosas yra pilnas fotonų ir daugybės neutrinų. Vidutinė temperatūra – 3 K (trys laipsniai virš absoliučiojo nulio). Nei fotonai, nei neutrinai nesudaro reikšmingos sąveikos su materija, taigi, planetos, žvaigždės ir erdvėlaiviai gali laisvi judėti šiuo beveik idealiu vakuumu.

Anksčiau vykdavo daug diskusijų ir ginčų apie vakuumo egzistavimą. Senovės graikų filosofai nelabai norėjo pripažinti vakuumą, klausdami „kaip gali 'niekas' būti 'kažkas'?“. Platonas galvojo, kad vakuumas yra neįmanomas. Panašiai mąstė ir Aristotelis. Vėliau graikų filosofai manė, kad vakuumas galėtų egzistuoti, bet tik už kosmoso ribų (ne pačiame kosmose).

Viduramžiais vakuumo idėja buvo laikoma amorali ir netgi eretiška. Tai buvo pagrindžiama tuo, jog Dievas yra visur ir negali vakuume jo nebūti. Tuometiniai moksliniai eksperimentai galbūt akimirksniui sukurdavo nedidelį vakuumą (pavyzdžiui, atskiriant dvi dideles lėkštes), bet vėliau jį aiškindami sakė, jog dangiškosios jėgos arba visagalė gamta nemėgsta tuštumos ir neleido susikurti vakuumui. Tačiau vėliau buvo sugalvota, kad Dievas galėtų sukurti vakuumą, jei tik to norėtų.

Vėliau Galilėjus ir Evangelista Toričelis ginčijosi 1643 m. dėl vakuumo susidarymo gyvsidabrinio barometro viršuje. Kai kurie žmonės tikėjo, kad Toričelis pirmasis sukūrė vakuumą, bet jį atpažino ir apibūdino tik Blezas Paskalis. Robertas Boilis vėliau tęsė vakuumo savybių tyrimus. 1654 m. Otas von Gerikė vadovavo įžymiajam Magdeburgo pusrutulių eksperimentui, per kurį keli sukinkyti arkliai negalėjo atskirti dviejų pusrutulių, tarp kurių buvo ištrauktas oras.