Home › De meertalige Index van het Archief › Vrije ruimte

Vrije ruimte

In klassieke fysica, vrije ruimte is een concept van elektromagnetische theorie, theoretisch beantwoordend aan a „perfectioneer“ vacuüm, en soms verwezen naar als vacuüm van vrije ruimte. De definities van ampère en meter De eenheden van Si zijn gebaseerd op metingen die worden verbeterd om naar vrije ruimte te verwijzen.

Eigenschappen van vrije ruimte

Het concept van vrije ruimte is een abstractie van aard, een basislijn of een verwijzingsstaat, die, als in de praktijk onbereikbaar zijn absolute nul van temperatuur. Het wordt gekenmerkt door bepaald waarde van de parameter μ₀ gekend als doordringbaarheid van vrije ruimte of magnetische constante, en bepaald waarde van de parameter ε₀ oproepen diëlektrische constante van vrije ruimte of elektrische constante. Deze parameters verschijnen binnen De vergelijkingen van Maxwell voor de elektromagnetische gebieden. Parameter ε₀ gaat ook de uitdrukking voor in fijn-structuur constante langs gewoonlijk aangeduid α, wat de sterkte van kenmerkt elektromagnetische interactie.

In de verwijzingsstaat van vrije ruimte, volgens de vergelijkingen van Maxwell, elektromagnetische golven, zoals radio golven en zichtbaar licht (onder andere elektromagnetisch spectrum frequentie) verspreid me bij bepaald snelheid van licht, c₀, en volgens theorie van relativiteit, is deze snelheid onafhankelijk van de snelheid van de waarnemer of van de bron van de golven. De elektrische en magnetische velden in deze golven worden met elkaar in verband gebracht door bepaald waarde van kenmerkende impedantie van vacuüm Z₀. Bovendien in deze verwijzingsstaat het principe van lineaire superposition van potentieel en gebieden houdt: bijvoorbeeld, is het elektrische potentieel dat door twee lasten wordt geproduceerd de eenvoudige toevoeging van het potentieel dat door elke last afzonderlijk wordt geproduceerd.^[1]

Ideal vacuüm van vrije ruimte is niet het zelfde fysisch verkrijgbaar vacuüm.

Wat is vacuüm?

Zie ook: Vacuüm energie en Vacuüm staat

De fysici gebruiken vaak de term „vacuüm“ om ideale testresultaten te bespreken die in a zouden voorkomen perfect vacuüm, wat zij eenvoudig roepen vacuüm of vrije ruimte in deze context. De termijn gedeeltelijk vacuüm wordt gebruikt om naar onvolmaakte in de praktijk realiseerbare vacuo te verwijzen. De term „gedeeltelijk vacuüm“ van de fysicus stelt één belangrijke bron van vertrek van een realiseerbaar vacuüm van vrije ruimte voor, namelijk non-zero druk. Vandaag, echter, wordt het klassieke concept vacuüm als eenvoudige leegte vervangen door het quantumvacuüm, dat „vrije ruimte“ scheidt steeds verder van het echte vacuüm - quantumvacuüm of vacuüm staat is niet leeg.^[2] Een benaderende betekenis is als volgt:^[3]

Het vacuüm beschrijft een gebied verstoken van echte deeltjes in zijn laagste energiestaat.

Het quantumvacuüm is „in geen geval een eenvoudige lege ruimte“.^[4], en opnieuw: „het is een fout om aan om het even welk fysiek vacuüm als één of andere absoluut lege leegte te denken.“^[5] Volgens quantumwerktuigkundigen, is de lege ruimte (het „vacuüm“) niet echt leeg maar in plaats daarvan bevat vluchtige elektromagnetische golven en deeltjes die in en uit bestaan knallen.^[6] Één meetbaar resultaat van dit kortstondige voorkomen is Casimir effect.^[7][8] Andere voorbeelden zijn spontane emissie^[9][10][11] en De verschuiving van het lam.^[12] Verwant met deze verschillen, verschilt het vacuüm van vrije ruimte in het tentoonstellen van niet lineair zijn in aanwezigheid van sterke elektrische of magnetische gebieden (schending van lineaire superposition). Zelfs in klassieke fysica werd het gerealiseerd ^[13][14] dat het vacuüm een gebied-afhankelijke diëlektrische constante op de sterke gebieden moet hebben die dichtbij puntlasten worden gevonden. Deze gebied-afhankelijke eigenschappen van het vacuüm blijven een actief onderzoeksgebied.^[15] De bepaalde lezer kan diverse nuancen van het vacuüm in Saunders onderzoeken.^[16] Een recentere behandeling is Genz. ^[17]

Momenteel, zelfs wordt de betekenis van de vacuümstaat niet geregeld. Bijvoorbeeld, wat het „vormt deeltje“ hangt van de gravitatiestaat van de waarnemer af. Zie de bespreking binnen van vacuüm Het effect van Unruh.^{[18] [19]} De speculatie is op de rol van vacuüm rijk aan het uitbreidende heelal. Zie vacuüm in cosmology. Bovendien kan het vacuüm spontaan tentoonstellen symmetrie het breken. Zie Woit^[20] en de artikelen: Het mechanisme van Higgs en Vacuüm QCD. Tot op heden, is er geen suggestie dat deze onzekerheden het gebruik van beïnvloeden De eenheden van Si, de wiens implementatie op de onbetwiste voorspellingen van wordt beweerd quantum electrodynamics.^[21]

In het kort, is de totstandbrenging van ideal van „vrije ruimte“ volledig geen kwestie lage druk, als termijn bereiken gedeeltelijk vacuüm stelt voor.

Totstandbrenging van vrije ruimte in een laboratorium

Door „totstandbrenging“ is bedoelde vermindering aan praktijk, of experimentele belichaming, van de term „vrije ruimte“, bijvoorbeeld, a gedeeltelijk vacuüm. Wat is operationele definitie van vrije ruimte? Hoewel in principe vrije ruimte is onbereikbaar, als absolute nul van temperatuur, De eenheden van Si worden verwezen naar vrije ruimte, en zo is een raming van de noodzakelijke correctie aan een echte meting nodig. Een voorbeeld zou een correctie voor non-zero druk van een gedeeltelijk vacuüm kunnen zijn. Betreffende metingen die in een echt milieu (bijvoorbeeld, gedeeltelijk vacuüm) worden genomen die op „vrije ruimte“ moeten worden betrekking gehad, CIPM waarschuwt dat:^[22]

„in alle gevallen worden om het even welke noodzakelijke correcties toegepast om met daadwerkelijke voorwaarden zoals diffractie, gravitatie of onvolmaaktheid in het vacuüm rekening te houden.“

In de praktijk, kan een gedeeltelijk vacuüm in het laboratorium worden veroorzaakt dat een zeer goede totstandbrenging van vrije ruimte is. Enkele kwesties betrokken bij het verkrijgen van een hoog vacuüm worden beschreven in het artikel ultra hoog vacuüm. De laagste meetbare druk vandaag is ongeveer 10⁻¹¹ Pa.^[23] (De afkortingsPa tribunes voor de eenheid Pascal, 1 Pascal = 1 N/m².)

Totstandbrenging van vrije ruimte in buitenruimte

Terwijl slechts een gedeeltelijk vacuüm, buiten ruimte bevat dergelijke dunne kwestie dat de druk van interstellar ruimte op de orde van 10 is pPa (1×10⁻¹¹ Pa)^[24]. Voor vergelijking, de druk bij overzees - niveau (zoals bepaald in de eenheid van atmosferische druk) is kPa ongeveer 101 (1×10⁵ Pa). De gassen in buitenruimte worden niet uniform verdeeld, natuurlijk. De dichtheid van waterstof in onze melkweg wordt geschat op 1 waterstof atom/cm³.^[25] In het gedeeltelijke vacuüm van buiten ruimte, zijn er kleine hoeveelheden van kwestie (meestal waterstof), kosmisch stof en kosmisch lawaai. Zie intergalactische ruimte. Bovendien is er a kosmische microgolfachtergrond met een temperatuur van 2.725 K, die een fotondichtheid van ongeveer 400 /cm impliceert³.^{[26] [27]}

De dichtheid van interplanetair middel en interstellar middel, niettemin, is uiterst laag; en, voor vele toepassingen, zijn de interplanetaire en interstellar gebieden „vrije ruimte“.

De interpretatie van het Bureau van het V.S.- Octrooi van vrije ruimte

Het Bureau van het Octrooi van Verenigde Staten bepaalt „vrije ruimte„op een aantal manieren. Voor radio en radartoepassingen is de definitie „plaats uit elkaar waar de beweging van energie in om het even welke richting, zoals de atmosfeer, de oceaan, of de aarde wezenlijk unimpeded is„(Verklarende woordenlijst in Klasse 342 van het V.S.- Octrooi, de Nota's van de Klasse).^[28] Een andere interpretatie van het Bureau van het V.S.- Octrooi is Subklasse 310: Mededeling over vrije ruimte, waar de definitie „iseen middel dat een draad of geen golfgeleider is".^[29] Deze definitie draagt weinig als om het even welke relatie aan andere technische hierboven geschetste definities van vrije ruimte.

Verwijzingen en nota's

1. ^ John David Jackson (1999). Klassieke electrodynamics, Derde Uitgave, NY: Wiley, pagina's 10, 13. ISBN 0-471-30932-x. 
2. ^ Walter Dittrich & Gies H (2000). Het sonderen van het quantumvacuüm: perturbative efficiënte actiebenadering. Berlijn: Aanzetsteen. ISBN 3540674284. 
3. ^ Gordon Kane (2000). Supersymmetry: squarks, photinos, en het onthullen van de uiteindelijke wetten. Cambridge, MA: De Uitgevers van Perseus, Bijlage A; blz. 149 FF. ISBN 0738204897. 
4. ^ Astrid Lambrecht (Hartmut Figger, Dieter Meschede, Claus Zimmermann Eds.) (2002). Het waarnemen van mechanische dissipatie in het quantumvacuüm: een experimentele uitdaging; in De fysica van de laser bij de grenzen. Berlijn/New York: Aanzetsteen, p. 197. ISBN 3540424180. 
5. ^ Christopher Ray (1991). Time, ruimte en filosofie. Londen/New York: Routledge, Hoofdstuk 10, p. 205. ISBN 0415032210. 
6. ^ AIP de Update van het Nieuws van de Fysica, 1996
7. ^ Fysiek Dec. van de Nadruk van het Overzicht. 1998
8. ^ F Capasso, JN Munday, D. Iannuzzi & HB Chen Casimir krachten en quantum electrodynamical torsies: fysica en nanomechanics 2007
9. ^ Hiroyuki Yokoyama & Ujihara K (1995). Spontane emissie en laserschommeling in microholtes. Boca Raton: CRC Pers, 6. ISBN 0849337860. 
10. ^ Benjamin Fain (2000). Onherroepelijkheid in quantumwerktuigkundigen: Fundamentele theorieën van fysica v. 113. New York: Londen: Academische aanzetsteen/Kluwer, §4.4 blz. 113ff. ISBN 079236581X. 
11. ^ Marian lidstaten Scully & Zubairy van O (1997). Quantum optica. Cambridge het UK: De Universitaire Pers van Cambridge, §1.5.2 blz. 22-23. ISBN 0521435951. 
12. ^ Marian lidstaten Scully & Zubairy van O. blz. 13-16. ISBN 0521435951. 
13. ^ Bijvoorbeeld, door M. Geboren en L. Infeld Proc. Koninklijk Soc. Londen A144 425 (1934)
14. ^ John David Jackson (1999). Klassieke electrodynamics, Derde Edtion, NY: Wiley, blz. 10-12. ISBN 0-471-30932-x. 
15. ^ Zie, bijvoorbeeld,Di Piazza et al.: Lichte diffractie door een sterke bevindende elektromagnetische golf Phys.Rev.Lett. 97 (2006) 083603, Gies, H et al.: Het gepolariseerd licht dat zich op een magnetisch veld als sonde verspreidt voor millicharged fermions Phys. Toer. Letts. 97 (2006) 140402
16. ^ S Saunders & u Bruine Eds.) (1991). De filosofie van vacuüm. Oxford het UK: De Universitaire Pers van Oxford. ISBN 0198244495. 
17. ^ Henning Genz (2002). Nothingness: de wetenschap van lege ruimte. Lezing MA: Oxford: Perseus. ISBN 0738206105. 
18. ^ Stephen A. Fulling (1989). Aspecten van de QuantumTheorie van het Gebied in Gebogen Plaats-tijd. Cambridge het UK: De Universitaire Pers van Cambridge, p. 259. 
19. ^ Cao van Yu van Tian (1999). Conceptuele stichtingen van quantumgebiedstheorie. Cambridge het UK: De Universitaire Pers van Cambridge, p. 179. ISBN 0521602726. 
20. ^ Peter Woit (2006). Niet zelfs verkeerd: de mislukking van koordtheorie en het onderzoek naar eenheid in fysieke wet. New York: Basis Boeken. ISBN 0465092756. 
21. ^ Henning Genz. p. 247. ISBN 0738206105. 
22. ^ CIPM goedgekeurde Aanbeveling 1 (ci-1983)
23. ^ LM Rozanov & Hablanian, MH (2002). Vacuüm techniek. Londen; New York: Taylor & Francis, Figuur 3.1, p. 80. ISBN 041527351X. 
24. ^ Zheng, MiMi (2002). Druk in BuitenRuimte. De fysica Factbook.
25. ^ Gareth wynn-Williams (1992). De volheid van ruimte. Cambridge het UK: De Universitaire Pers van Cambridge, p. 38. ISBN 0521426383. 
26. ^ Martin J. Rees (1978), “Oorsprong van pregalactic microgolfachtergrond”, Aard 275: 35-37., <http://www.nature.com/nature/journal/v275/n5675/abs/275035a0.html> 
27. ^ Deze achtergrondtemperatuur hangt van de gravitatiestaat van de waarnemer af. Zie Het effect van Unruh.
28. ^ De V.S. Het Systeem van de Classificatie van het octrooi - De Definities van de classificatie vanaf 30 Juni, 2000
29. ^ Subklasse 310: Mededeling over vrije ruimte

Externe verbindingen

• Inleiding NIST aan de fundamentele fysieke constanten
• Bipm- brochure op de eenheden van Si

Zie ook