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Vakuum (Physik)


Teilchenfrei


Definition


Das Vakuum wird in der Physik nach Otto von Guericke (1602 bis 1986) oft definiert als die Abwesenheit von Teilchen[1], Newton bezeichnete einen luftleeren Raum als Bolyesches Vakuum[6]. In der Physik ist Vakuum meist definiert als die Abwesenheit von Luft, Teilchen oder Materie im weitesten Sinn. Mehrdeutig wird der Begriff des Vakuums in Verbindung mit dem Äther, physikalischen Feldern, dem Quantenschaum oder der Raumkrümmung. Hier muss man sich selbst fragen, was in einem Vakuum noch vorhanden sein darf und was nicht. Hier sind einige interessante Fälle kurz vorgestellt.

Teilchenfreiheit und der Äther


Der Äther ist ein hypothetischer Stoff, der den gesamten Raum durchdringen soll und der die materielle oder mechanische Grundlage der schwingenden elektromagnetischen Felder bietet. Der Äther besteht demnach aus den gedanklich geforderten Oszillatoren elektromagnetischer Wellen. Jeder Raum, der zum Beispiel von Licht durcheilt werden könnte, wäre demnach kein Vakuum[1, Seite 455]. Lies mehr dazu unter Lichtäther ↗

Teilchenfreiheit und Felder


Elektrische Felder können einen ansonsten teilchenfreien Raum durchdringen[1, Seite 449]. Ob ein bestimmter Bereich des Weltraum frei von Gesteinsbrocken oder Staubteilchen ist lässt sich vergleichsweise leicht überprüfen und ist auch von der Definition her eindeutig. Das ist aber nicht mehr der Fall, wenn man Teilchen im quantenphysikalischen Sinn deutet: so kann zum Beispiel die elektrische Feldstärke in einem Raum als Maß dafür gedeutet werden, wie groß die Wahrscheinlichkeit ist, dort mit einer Messung ein Elektron anzutreffen. Die bloße Anwesenheit eines von Null verschiedenen Feldes würde als strikt gefolgert bedeuten, dass dort auch Teilchen gemessen werden könnten. Damit wäre ein Raum mit elektrischem Feld nicht teilchenfrei. Siehe auch elektrische Feldstärke ↗

Teilchenfreiheit und der Quantenschaum


Nach den Unschärferelationen der Quantenphysik existiert für jedes Raumelement ständig eine von Null verschiedene Wahrscheinlichkeit, dass dort so viel Energie - sozusagen aus dem Nichts - entsteht, dass sich die Energie als Teilchen manifestiert. Dabei entstehen aber immer Teilchen und ihre Antiteilchen, die sofort wieder miteinander reagieren und sich gegenseitig vernichten. Dieses ständige Entstehen und Vergehen von Teiclhen ist ähnlich einem blubbernden Schaum, bei dem ständig Blasen neu entstehen und bald darauf wieder zerplatzen. Der sogenannte Quantenschaum gilt als recht abgesichert, womit auch der ansonsten völlig leere Raum niemals ganz frei von Teilchen wäre. Siehe auch Quantenschaum ↗

Vakuum und Raumkrümmung


Setzt man Vakuum mit einer konsequenten Vorstellung von einem Nichts gleich, darf ein Raum auch keinerlei physikalischen Eigenschaften tragen. Er muss massefrei sein, energiefrei, feldfrei und auch völlig eigenschaftslos. Da ein gekrümmter Raum aber etwa direkt auf Masse im Sinne einer Beschleunigung wirken kann, ist ein im Einsteinschen Sinn gekrümmter Raum im strengsten Sinn auch bei völlig Abwesenheit von Materie, Energie oder Felder kein Vakuum. Siehe auch gekrümmter Raum ↗

Vakuum im philosophischen Sinn


In der Philosophie wird Vakuum oft im Sinne einer völligen Leere oder dem Nichts verwendet. Während die Leere der physikalischen Idee einer Abwesenheit von Teilchen nahe kommt, geht die Idee des Nichts weiter und fordert die völlige Abwesenheit von irgendwelchen Teilchen. Ein als Nichts gedachtes Vakuum hätte weder Farbe, noch eine Krümmung noch eine Länge, Breite oder Höhe. Ein so gedachtes Vakuum wirft dann die Frage auf, ob der Raum an sich überhaupt existieren kann oder lediglich ein Gedankenkonstrukt ist. Lies mehr unter Nichts ↗

Oft nicht explizit definiert


Viele Physik-Bücher liefern keine explizite Definition des Vakuums[2][3][4], verwenden aber damit gebildete Begriffe wie Vakuumpolarisation[2], Vakuumpermeabilität[3] oder Vakuumdose[5].

Fußnoten




Leer? Ein Vakuum? Der Raum zwischen dem Neptun-Mond: dort gibt es sehr wenige Teilchen. Aber der Raum beinhaltet trotzdem elektromagntetische oder gravitative Felder, ist der Relativitätstheorie zufolge gekrümmt und produziert ständig Quantenschaum. Vakuum in der Physik kann mit verschiedenen Graden an Schärfe definiert werden. ESO/L. Calçada