Ein Vakuum ist ein Bereich, in dem keine Materie vorhanden ist. Es kann entweder natürlich oder künstlich entstehen. Natürliche Vakua entstehen, wenn sich Materie in einem Bereich so weit entfernt hat, dass die Anziehungskraft der Schwerkraft nicht mehr ausreicht, um sie zusammenzuhalten. Künstliche Vakua werden entweder durch Evakuierung oder durch Absorption geschaffen. Evakuierung ist der Prozess, bei dem die Materie aus einem Bereich entfernt wird, sodass nur noch das Vakuum zurückbleibt. Absorption ist der Prozess, bei dem ein Material in einem Vakuum aufgenommen wird, so dass es keine Materie mehr gibt, die entfernt werden könnte.
Vakuumtechnik
Vakuumtechnik ist die Technik, die es ermöglicht, ein Vakuum zu erzeugen und zu handhaben. Dabei wird ein Vakuum als ein Zustand definiert, in dem der Druck eines Gases gleich dem absoluten Vakuumdruck ist. Die meisten Vakuumsysteme sind hermetisch geschlossene Systeme, in denen ein Vakuum durch Evakuierung eines Gases erzeugt wird. Die Vakuumtechnik umfasst auch die Erzeugung, Messung und Kontrolle von Vakuum.
Die Erzeugung eines technischen Vakuums wird erzeugt, indem man Moleküle mit einer Pumpe aus einem Behälter entfernt. Durch das Pumpen entsteht ein Unterdruck, dieser ist geringer als der Umgebungsdruck. Sobald der Druck unter 300 mbar sinkt und werden nach und nach Moleküle aus dem Raum entfernt, erhält man in aufsteigender Reihenfolge: Grobvakuum, Feinvakuum, Hochvakuum und Ultrahochvakuum. Den Vorgang des Herstellens eines Vakuums bezeichnet man auch als “evakuieren”.
Das technische Vakuum war Voraussetzung für die Einführung von Glühlampen und Elektronenröhren. Die Vakuumtechnologien entwickeln sich seitdem ständig weiter und haben erstaunliche Fortschritte gemacht.
Flüssiger Wasserstoff
Flüssiger Wasserstoff ist ein wichtiger Bestandteil von Vakuum. Es ist ein gasförmiges Element, das sich leicht mit Sauerstoff verbindet. Das Gas hat einen Siedepunkt von -252,9 °C. An diesem Punkt wird aus gasförmigem Wasserstoff flüssiger Wasserstoff, welcher dem Vakuum seine einzigartigen Eigenschaften verleiht. Flüssiger Wasserstoff ist auch ein Bestandteil von Wasserstoffperoxid, einer chemischen Verbindung, die Bestandteil vieler Haushaltsreiniger ist.
Gibt es die vollkommene Leere?
In der Physik spricht man bei Vakuum auch von einem theoretischen Konzept, da es im uns bekannten Universum kein vollständiges Vakuum gibt, und es ist mit bekannten technischen Mitteln auch nicht möglich zu erzeugen. Selbst der Weltraum, den viele als das Nichts bezeichnen, besteht aus: interplanetares, interstellares, intergalaktisches und Intracluster-Medium.
Die Frage nach dem Nichts haben sich schon die griechischen Philosophen gestellt. Sie aber nicht auf einer naturwissenschaftlichen, sondern auf einer allgemein philosophischen Ebene, ob es möglich ist, an ein “Nichts” zu glauben. Die Frage ist bis heute ungelöst. Laut der Quantenfeldtheorie werden überall und ständig virtuelle Teilchen erzeugt und wieder vernichtet.
Wie kompliziert die Frage ist, ob es einen leeren Raum gibt, zeigen folgende Beispiele:
Die Atome massiver Stoffe grenzen mit ihren Atomhüllen aneinander. Die Atomkerne, in denen die Masse konzentriert ist, sind aber um rund den Faktor 105 kleiner als die Atomhüllen, in denen sich nur die fast punktförmigen Elektronen befinden. Das Atom ist zum größten Teil leer. Dennoch bezeichnet man einen massiven Eisenkörper nicht als leeren Raum.
Flüssigem Wasserstoff steht unter normalen Bedingungen das Vierzigfache des Volumens der Atome beziehungsweise der Moleküle als “leerer” Raum zur Verfügung. Weil sich seine Moleküle regellos hin- und herbewegen, ist der einzige Grund, warum es scheint, als würde das Gas einen ganzen Raum ausfüllen. Die Anzahl der Teilchen im Weltraum sind je Kubikzentimeter außerordentlich klein. Man geht beim interstellaren Gas von einem Wasserstoffatom pro Kubikzentimeter aus.
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