Tyhjiö

Tyhjiö eli vakuumi on tila, jossa kaasun paine on paljon pienempi kuin ilmanpaine. Tyhjiöllä voidaan tarkoittaa myös teoreettista täysin tyhjää tilaa. Tyhjiötä hyödynnetään monissa laitteissa (katso tyhjiötekniikka).

Historia

Aristoteleen mukaan tyhjiötä ei voi olla, koska tila ei voi koostua ”ei mistään”. Tämän käsityksen pohjalta muodostui keskiajalla ajatus siitä, että luonto pyrkii vastustamaan tyhjiön syntymistä. Tyhjiöiden pohtiminen ja tutkiminen vauhdittui 1640-luvulla, kun Evangelista Torricelli esitti, että hänen elohopealla täytettyyn ilmapuntariinsa muodostui tyhjiö. Ensimmäisen tyhjiön muodostamiseen käytetyn ilmapumpun kehitti Otto von Guericke vuoden 1650 paikkeilla.

Kvanttimekaaninen tyhjiö

Kvanttimekaniikan mukaan jopa ideaalinen tyhjiö, jossa ainetta ei olisi lainkaan, ei käytännössä pysyisi tyhjänä. Eräs syy on, että tyhjiötä rajaavat seinämät lähettävät aina mustan kappaleen säteilyä. Perustavampaa laatua oleva syy on kuitenkin kvanttimekaniikan teoria, jonka mukaan tyhjiöenergia ei koskaan voi olla tarkalleen nolla. Pienintä mahdollista energiatilaa kutsutaan nollapiste-energiaksi, ja se koostuu virtuaalisten hiukkasten puurosta, joiden elinikä on hyvin lyhyt. Tätä kutsutaan kvanttifluktuaatioksi. Tämä fluktuaatio voidaan yhdistää ns. kosmologiseen vakioon. Kvanttimeekanisella tyhjiöllä eli vakuumilla, joka on vakuumitilaksi kutsuttava kvanttitila, tarkoitetaan siten energian teoreettista minimiä, ei totaalisen tyhjää.