Was ist eigentlich ein Vakuum?
Im Alltag verstehen Sie unter dem Begriff eines Vakuums die Abwesenheit sämtlicher Teilchen in einem Raumgebiet. Streng genommen bezeichnet der Begriff "Vakuum" jedoch einen absolut leeren Raum, in dem der Druck Null ist.
- In der Physik ist die Abwesenheit von Materie jedoch kein sicheres Zeichen für "absolute" Leere. Denn so können immer noch Felder diesen Raum erfüllen. Dies trifft insbesondere auf Gravitationsfelder, aber auch elektrische oder magnetische Felder zu.
- In der Technik wird unter Vakuum bereits ein mehr oder weniger stark luftverdünnter Raum verstanden. Beispielsweise besteht im Ultrahochvakuum immer noch ein Druck von etwa 10-12 hPa. Selbst im Weltraum, der oftmals als absolutes Vakuum bezeichnet wird, sind geringe Mengen an Restteilchen vorhanden. Der Druck beträgt dort etwa 10-18 hPa.
Absolutes Vakuum lässt sich technisch nicht erzeugen, jedoch gute Näherungen für diesen Zustand. Sie müssen beim Gebrauch des Begriffs "Vakuum" unterscheiden, ob Sie diesen wissenschaftlich oder technisch interpretieren wollen. So beziehen sich beispielsweise auch die Lichtgeschwindigkeit (und viele weitere Naturkonstanten) auf ein wissenschaftliches Vakuum.
Erdanziehungskraft und Vakuum - was passiert da?
Wenn in einem bestimmten (abgeschlossenen) Gebiet oder Raum ein Vakuum herrscht, bedeutet dies, dass dort im technischen Sinne nur noch wenige Teilchen vorhanden sind. Über dort vorhandene Kräfte sagt dies allerdings noch nichts aus.
- Beispielsweise könnte es sich um ein sehr gutes Vakuum in einem Versuchslabor handeln. Dieses Vakuum ist selbstredend der Erdanziehungskraft ausgesetzt, die auf die vorhandenen Teilchen wirkt.
- Auch ein elektrisches oder magnetisches Feld könnte eine Wirkung zeigen, wenn diese Teilchen geladen sind. Tatsächlich wird dieser Sachverhalt beim Beschleunigen von Teilchen und dem Einfangen in Fallen ausgenutzt. Auch einzelne, künstlich erzeugte Antiwasserstoffatome unterliegen in ihrem evakuierten Raum der Erdanziehungskraft.
- Auf der Internationalen Raumstation sieht die Sache anders aus. Dort wirkt durch spezielle Bahngebung der Station nur eine minimale Anziehungskraft der Erde. Man spricht von Mikrogravitation oder salopp Schwerelosigkeit. Auch hier können Sie ein gutes Vakuum erzeugen, das dann nicht der Anziehungskraft unterliegt.
Verwechseln Sie Erdanziehungskraft und Vakuum nicht miteinander. Es können beide physikalischen Phänomene durchaus gleichzeitig auftreten. Und mehr noch: Auch magnetische oder elektrische Kräfte können auf die noch vorhandenen Teilchen wirken.
Der Casimir-Effekt - eine rätselhafte Anziehungskraft
Allerdings gibt es noch einen nur quantenphysikalisch zu verstehenden Effekt im Vakuum, der sich durch eine Anziehungskraft im Vakuum, der sogenannten Casimir-Kraft bemerkbar macht. Das Phänomen wurde im Jahr 1948 von dem niederländischen Physiker Hendrik Brugt Casimir entdeckt. Auf zwei Platten, die elektrisch leitend sind und zwischen denen sich ein Vakuum befindet, wirkt eine Kraft, die die beiden Platten einander anzieht, also zusammendrückt. Diese Anziehungskraft entsteht, weil auch in einem materielosen Raum ständig virtuelle Teilchen entstehen und wieder zerfallen. Dieser Effekt wird Vakuumfluktuation genannt und ist verantwortlich für diese Kraft.
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