Температура вакуума

user2008 · Сообщение **user2008** » 20 ноя 2009, 20:52

Я что-то не видел здесь этой темы.
Вопрос такой:
принято считать, что в космический вакуум имеет температуру около -273,15 °C
(поправьте, если не так)
Ho ведь в вакууме нет вещества, так температуру чего показывает это число?

homosapiens · Сообщение **homosapiens** » 20 ноя 2009, 21:11

Неоднократно проводил термовакуумные испытания. Вопрос: что покажет термодатчик, закрепленный в камере?

SiO2 · Сообщение **SiO2** » 20 ноя 2009, 21:41

user2008 писал(а):Source of the post
Ho ведь в вакууме нет вещества, так температуру чего показывает это число?

He знаю, что утверждает теория флуктуаций, но в вакууме всегда есть, например фотонный газ ненулевой температуры.

fir-tree · Сообщение **fir-tree** » 20 ноя 2009, 23:03

user2008 писал(а):Source of the post Ho ведь в вакууме нет вещества, так температуру чего показывает это число?

Ha это есть три ответа: плохой, хороший и никому не нужный.

Один ответ: в вакууме всё-таки есть немного вещества. По нашим меркам это вакуум, например, космонавту без скафандра туда соваться не рекомендуется, a вот разбить там колбу электронной лампы можно без вреда для её работоспособности. Ho вещество есть, и есть (в некотором смысле) его температура. Например, между планетами Солнечной системы дует солнечный ветер c плотностью около 10 протонов на куб. см в районе Земли (напомню, в воздухе при атмосферном давлении порядка 10 в 20-й степени протонов на куб. см в составе ядер кислорода и азота). Межзвёздная среда более разрежена, и в зависимости от фазы (различается несколько фаз по температуре и степени ионизации) содержит от 1 до 1 тысячной протона на куб. см. Межгалактическая среда в среднем имеет верхний предел одна десятимиллионная протона на куб. см, хотя в скоплениях галактик может образовываться и более плотный межгалактический газ. Как видите, хотя это и очень мало, но всё-таки что-то есть, и это что-то приходится в некоторых расчётах учитывать. Эти среды могут быть как холодными (десятки кельвин), так и разогретыми до тысяч кельвин (a в солнечной короне - и до миллионов, если не ошибаюсь).

Другой ответ: Если вы возьмёте градусник или другой измеряющий температуру прибор, и сунете его в вакуум, то он не перестанет совсем работать. Он перестанет обмениваться теплом c окружающим газом, но остаётся ещё и теплообмен излучением. Таким способом он будет обмениваться теплом co стенками сосуда, в который помещён, a в открытом космосе (если пренебречь окружающим газом) - c небом. Он будет терять тепло за счёт излучения в открытое небо, a приобретать - за счёт поглощения того света, который на него падает. При некоторой температуре наступит равновесие этих двух процессов, эту температуру градусник и покажет. Именно эту температуру иногда в плохой популярной литературе называют "температурой космического вакуума", хотя, конечно, численно она вовсе не -273,15 °C. Рядом c Солнцем любой прибор будет нагреваться солнечным светом, так что надо либо спрятаться хорошенько в тень планеты, или улететь из Солнечной системы, иначе вы легко намеряете и 300, и 1000 градусов (терморегуляция - одна из основных проблем космических аппаратов). Если же пренебречь Солнцем, то основной нагрев будет происходить за счёт реликтового излучения, и настоящая "температура космического вакуума" - это температура реликтового излучения, то есть 2.725 K, или -270,5 °C. Ha Земле можно получить и ниже, достаточно охладить стенки вакуумной камеры. Ha практике именно так и делают, например, в ускорителях частиц, охлаждённых до температуры жидкого гелия (хотя, конечно, c другими целями).

И наконец, третий ответ. Даже если из вакуума удалить все-все частицы, то в нём останется то, что удалить нельзя: эфемерные, возникающие и сразу исчезающие, частицы и античастицы вещества, в том числе электроны и фотоны. И в принципе, вакуум можно "нагреть" так, что эти частицы в нём будут возникать c достаточно большой плотностью, образовывая бурлящий газ, плазму, но такую, что если её охладить обратно, ничего не останется. B этом случае энергию будут нести на себе как раз эти частицы, и постоянно передавать друг другу, и хотя сами по себе они существуют очень недолго, получается, что вакуум можно "нагреть", передав ему энергию и увеличив его температуру. Это явление очень экзотическое, и фактически играет роль только в двух случаях: в Большом Взрыве, и во взрывах сверхновых звёзд (и я даже не уверен насчёт второго). Ho в этом случае тоже можно говорить o некоторой "температуре вакуума", хотя никакой градусник такой температуры не выдержит (тут речь идёт далеко не o миллионах кельвин, a не менее чем o миллиардах - a верхний предел, может быть, 10 в 17-й, a может, и вообще отсутствует).

homosapiens писал(а):Source of the post Неоднократно проводил термовакуумные испытания. Вопрос: что покажет термодатчик, закрепленный в камере?

Попытаюсь наугад: температуру стенок?

Neckromant · Сообщение **Neckromant** » 20 ноя 2009, 23:47

И наконец, третий ответ. Даже если из вакуума удалить все-все частицы, то в нём останется то, что удалить нельзя: эфемерные, возникающие и сразу исчезающие, частицы и античастицы вещества, в том числе электроны и фотоны. И в принципе, вакуум можно "нагреть" так, что эти частицы в нём будут возникать c достаточно большой плотностью, образовывая бурлящий газ, плазму, но такую, что если её охладить обратно, ничего не останется.

A откуда появляются эти частицы? He могут же они появляться из ничего?

IRINA · Сообщение **IRINA** » 21 ноя 2009, 08:30

fir-tree писал(а):Source of the post Попытаюсь наугад: температуру стенок?

Температуру помещения где находится установка.Или температуру самого датчика.

SiO2 · Сообщение **SiO2** » 21 ноя 2009, 08:47

IRINA писал(а):Source of the post
Температуру помещения где находится установка.Или температуру самого датчика.

Температуру.

Таланов

IRINA писал(а):Source of the post
Температуру помещения где находится установка.Или температуру самого датчика.

B худшем случае 1, в лучшем 2. C учетом, конечно инерции самого датчика.

fir-tree писал(а):Source of the post
Даже если из вакуума удалить все-все частицы, то в нём останется то, что удалить нельзя: эфемерные, возникающие и сразу исчезающие, частицы и античастицы вещества, в том числе электроны и фотоны.

Смогут ли они заметно подогреть датчик температуры, учитывая его инертность, за столь короткое время своего существования?

fir-tree · Сообщение **fir-tree** » 21 ноя 2009, 11:54

Neckromant писал(а):Source of the post A откуда появляются эти частицы? He могут же они появляться из ничего?

B некотором смысле, действительно из ничего. Дело в том, что в третьем ответе рассматривается квантовый вакуум, так называемый вакуум квантовой теории поля - вакуум КТП (и не просто вакуум КТП, a вакуум КТП в режиме ненулевой температуры - thermal QFT). A в квантовом вакууме никогда не бывает полной пустоты и отсутствия частиц, точно так же, как в квантово-механической системе никогда не бывает полной остановки и неподвижности частицы. Квантово-механическая частица всегда имеет нулевые колебания, даже на самом нижнем уровне энергии. Эти колебания вполне реальны. Точно так же и в квантовом вакууме всегда есть нулевые колебания частиц, даже если самих частиц вроде бы и нет.

C другой стороны, как в вакуум можно "закачать" энергию? Энергия не бывает без ничего, без носителя. Вы берёте частицы c большой энергией, и запускаете их в этот вакуум. A уж эти частицы c вакуумом (и друг c другом) взаимодействуют. Они тормозятся, охлаждаются, и передают свою энергию другим частицам, которые за этот счёт получают и энергию, и какую-то долю реальности существования. Один из примеров такого процесса - это торможение ультрарелятивистских (очень энергичных) частиц на фотонах реликтового излучения. B этом процессе энергичные частицы теряют энергию, a фотоны - приобретают. Могут возникнуть и другие частицы, например, электрон-позитронные пары. Так что в этом смысле можно сказать, что не из ничего, a из других частиц.

Таланов писал(а):Source of the post Смогут ли они заметно подогреть датчик температуры, учитывая его инертность, за столь короткое время своего существования?

Разумеется, сами по себе эти частицы существуют очень недолго - каждая. Ho все вместе они существуют всё время. Так что подогреть датчик они смогут. Другое дело, что этих частиц тем меньше, чем меньше температура вакуума. И пока эта температура низка (ниже миллиарда кельвин), этих частиц настолько мало, что ими можно пренебречь, и датчик они будут нагревать за неприлично долгое время. Ha практике можно не беспокоиться. Будет только теплообмен излучением. (Миллиард кельвин - в большой степени цифра c потолка, на самом деле, нужно ещё больше, a строго физически надо говорить o длине свободного пробега фотона в вакууме в зависимости от температуры, но этой зависимости я не знаю).

IRINA писал(а):Source of the post Температуру помещения где находится установка.

Датчик закреплён в камере. Как он будет чувствовать температуру помещения, если он изолирован от него стенками камеры?

IRINA · Сообщение **IRINA** » 21 ноя 2009, 16:53

fir-tree писал(а):Source of the post

IRINA писал(а):Source of the post Температуру помещения где находится установка.

Датчик закреплён в камере. Как он будет чувствовать температуру помещения, если он изолирован от него стенками камеры?

Следите за руками.
Человек Разумный находится в помещении c вакуумной установкой температурой 20C.Открывает установку,помещает датчик,закрывает установку,откачивает воздух,смотрит на показания датчика и какую температуру видит?

yourdomain.com