Huts (fisika)

Hutsa espazioko gune bateko materia ororen eza da. Horrez gain, partikula-dentsitate baxuko espazioko zona bateko ezaugarriari ere hutsa deritzo. Kontzeptu horren adibide argi bat izarrarteko espazioa da.

Berez existi daiteke edo artifizialki sor daiteke; egunerokoan erabil daiteke, edo aplikazio zientifiko-teknologikoetarako. Hainbat industria-esparru baliatzen dira hutsaz: adibidez, elikagaiena, automobilena edo farmazeutikoa.

AVSren (Estatu Batuetako Hutsaren Elkartearen) arabera (1958), hutsa gasez betetako espazioa da; espazioaren barneko presioa baxuagoa da presio atmosferikoa baino. Beraz, huts-maila handituz doa hondar-gasaren presio-jaitsierarekin batera. Horren ondorioz, presioa zenbat eta txikiagoa izan, orduan eta huts handiagoa lortzen dugu. Era horretan, huts-tarteen sailkapen bat egin daiteke.

Atmosferak edo aireak Lurraren gainean egiten duen presioari presio atmosferikoa deritzo. Giro-tenperaturan eta presio atmosferiko arruntean, metro kubiko batean 2× 10²⁵ molekula inguru daude, 1600 km/h-ko batez besteko abiaduran higitzen. Presio atmosferikoa neurtzeko, merkurio-barometroa erabil daiteke. Presioaren balioa 760 mm-ko altuera duen eta zeharkako sekzio unitarioa duen merkurio-zutabearen altueraren arabera adierazten da. Hortik abiatuta, atmosfera estandar baten balioa defini dezakegu:

${\displaystyle 1atm=760mmHg}$

Modu erosoagoan lan egiteko, torricelliren unitatea (Torr) erabiltzen da presio unitate gisa:

${\displaystyle 1Torr=1mmHg}$

Piranik garatutako metodoa presio baxuak neurtzeko metodo ezagun bat da. Metodo horretan Wheatstone zubi bat erabiltzen da. Zubi horren erresistentzietako bat neurtu behar dugun hutsarekin kontaktuan dago. Sentsore horren erresistentzia presio-aldaketen arabera aldatuko da. Presioaren balioa presio atmosferikotik hurbil dagoenean, erresistentziaren harizpia hainbat molekulekin egongo da kontaktuan. Horrek, harizpiaren tenperaturaren jaitsiera dakar (molekulek harizpiaren beroa barreiatzen dutelako), eta, ondorioz, bere erresistentzia jaitsi egiten da. Hutsa handituz doan heinean, harizpiak gero eta molekula gutxiagorekin egingo du topo, beraz, beroa barreiatzeko zailtasun handiagoa izango du eta horrek bere tenperatura handituko du. Tenperatura-handipen horrek harizpiaren erresistentzia handitu eta desoreka bat eragingo du Wheatstone zubian. Aipatutako desoreka mikroamperemetro batekin neurtzen da. Amaitzeko, Wheatstone zubian neurtutako korronte-aldaketak hutsaren balioekin interpolatu behar dira.

Hutsaren teknologia asko aurreratu den arren, makinek sortzen duten hutsa ez da erabatekoa, eta ontzi batean gordetzen den airea edo gasa ahalik eta gehien bakantzea du helburu teknologia horrek. Industrian 1900. urtean hasi zen hutsaren teknologia erabiltzen, argi bonbilletan wolframezko harizpia degradazio kimikotik babesteko. Gaur egun erabiltzen diren makinak edo bonbak bost eratakoak dira: bonba mekanikoak, zurrustako bonbak, ioinizazio-bonbak, xurgapen kimikoan oinarriturikoak eta krioi-bonbak. Gehien erabiltzen den bonbetako bat itzulikari oliodun bonba mekanikoa da; 10-1 torr (1torr = 1mm Hg) inguruko presioa duten hutsuneak sor ditzake eta janariak paketetan gordetzeko erabiltzen da besteak beste^[1]. Termoetako isolamendu termikoa mantentzeko ere erabiltzen da hutsa, eta bere propietate elektrikoei esker mikroskopio elektronikoak ere posible egiten ditu.

Erlatibitate orokorrean, Einstein-en eremu-ekuazioen arabera, tentsio-energia tentsorearen desagerpenak, Ricci tentsorearen osagaien desagerpena dakar. Espazioko eremu bat hutsik egoteak ez du esan nahi espazio-denboraren kurbadura laua denik: grabitazio-eremuak oraindik kurbadura sor dezake hutsean, marea-indarren eta grabitazio-uhinen bidez (zehazki, fenomeno horiek Weyl tentsorearen osagaiak dira). Zulo beltza (karga elektrikorik gabekoa) hutsez "betetako" eta kurbatura handia duen eremu baten adibide egokia da.

Elektromagnetismo klasikoan, espazio askearen hutsa (espazio askea edo huts perfektua), efektu elektromagnetikoetarako oinarrizko erreferentzia-ingurune bezala erabiltzen da^{[2] [3]}. Zenbait ikertzailek erreferentzia-ingurune horri huts klasiko deritze^[2]; terminologia horren xedea da espazio askearen hutsa QED hutsetik edo QCD hutsetik bereiztea ^[4][5][6].

Elektromagnetismoaren teoria klasikoan, espazio askeak honako propietateak ditu:

• Erradiazio elektromagnetikoak, oztoporik ez duenean, argiaren abiaduran bidaiatzen du, hau da, 299,792,458 m/s SI unitatetan.^[7]
• Gainezarpen-printzipioa beti betetzen da^[8] , hau da, ${\displaystyle n}$ karga puntualek eragindako potentzial elektrikoa eta ${\displaystyle n}$ karga horiek (bakoitzak bere aldetik) sortzen duten potentzial elektrikoaren batura berdina da. Halaber, eremu elektrikoaren balioa ${\displaystyle n}$ kargen inguruko edozein puntutan, ${\displaystyle n}$ karga horiek sortutako eremuaren batura-bektorea da.
• SI unitateetan, permitibitatea eta iragazkortasuna konstante elektrikoa ε₀^[9] eta konstante magnetikoa μ₀ ^[10] dira hurrenez hurren. Unitate Gausstarretan, aldiz, 1 da zehazki.
• Inpedantzia karakteristikoa (η) espazio askeko inpedantziaren berdina da, Z₀ ≈ 376.73 Ω^[11].

Elektromagnetismo klasikoaren hutsa ingurune ideal bat bezala ikus daiteke, non ondorengo erlazioak betetzen diren:^[3]

${\displaystyle D(r,t)=\varepsilon _{0}E(r,t)}$

${\displaystyle H(r,t)={\frac {1}{\mu }}_{0}B(r,t)}$

Mekanika kuantikoan eta eremu-teoria kuantikoan, hutsa, energia baxueneko egoera bezala definitzen da, egoera hori teoriaren ekuazioen soluzioa izanik (Hilberten espazioaren oinarrizko egoera). Elektrodinamika kuantikoan lantzen den hutsari QED hutsa deritzo, kromodinamika kuantikoan lantzen den hutsetik bereizteko (QCD hutsa). QED hutsa materia eta fotoirik gabeko egoera da. Esperimentalki egoera hau lortzea ezinezkoa da, nahiz eta zona bateko materia-partikula guztiak kanporatu, gorputz beltzaren erradiazio-fotoiak ezabatzea ezinezkoa da. Hala ere, lor daitekeen hutsaren eredu ona ematen du, eta emaitza esperimental askorekin bat dator.

QED hutsak propietate interesgarri eta konplexuak ditu. QED hutsean, eremu elektriko eta magnetikoak batezbesteko balio nulua dute, baina horien bariantza ez-nulua da.^[12] Horren ondorioz, QED hutsak huts-fluktuazioak (alegiazko partikulak agertu eta desagertu egiten dira) eta energia finitua du; azken horri huts-energia deritzo. Huts-fluktuazio horiek ezinbestekoak eta nonahikoak dira eremu-kunatikoen teorian. Berezko emisioak eta Lamb efektua^[13] huts-fluktuazioek eragindako zenbait efektu esperimental dira. Bestalde, karga batetik hurbil dagoen hutsean Coulomben legea eta potentzial elektrikoa aldatu egiten da ^[14].

Kanpo espazioak dentsitate eta presio oso baxuak ditu, eta huts perfektuaren hurbilketa fisiko onena da. Hala eta guztiz ere, ez dago huts perfekturik. Esaterako, izarrarteko espazioan zenbait hidrogeno atomo daude metro kubiko bakoitzeko ^[15].

Izarrek, planetek eta ilargiek erakarpen grabitazionalari esker mantentzen dituzte beraien atmosferak, eta, ondorioz, atomosferek ez dute muga zehatz bat; atmosfera-gasaren dentsitatea gutxituz doa objektuarekiko distantziaren handipenarekin. Lurraren presio atmosferikoa 3.2×10⁻² Pa-etara jaisten da 100 kilometroko altueran. Altuera horretan, Kármán lerroa definitzen da^[16], zeina kanpo espazioaren muga bezala definitzen den. Muga horretatik aurrera, gasaren presio isotropikoa arbuiagarria bilakatzen da eguzkiaren erradiazio-presioarekin eta eguzki-haizeen presio dinamikoekin konparatuta.

Kármán lerrotik gora dauden lehen ehunka kilometrotako atmosfera-dentsitatea nahikoa da bertan dauden sateliteei marruskadura-indarra eragiteko, nahiz eta kanpo espazio bezala definituta egon, Satelite artifizial askok eremu horretan egiten dute lan, Lur-orbita baxua deritzon eremuan, eta urtean zenbait aldiz motoreak piztu behar dituzte orbita mantentzeko. Altuera horretako marruskadura hain da txikia, non, teorikoki, Eguzki-beletan jasotako erradiazio-presioak eragindako indarra gai den marruskadura horrek eragindako indarra gainditzeko. Eguzki-belen erradiazio bidezko propultsioa planetarteko bidaiak egiteko proposatutako sistema bat da^[17].

Unibertso behagarri osoa hainbat fotoiz beteta dago, hondo kosmikoko erradiazio deritzona, eta baita hainbat neutrinoz ere. Erradiazio horren tenperatura 3 K ingurukoa da, edo -270 °C ingurukoa.

• Henning Genz (2001). Nothingness: The Science Of Empty Space. Da Capo Press. ISBN 978-0-7382-0610-3.
• Luciano Boi (2011). The Quantum Vacuum: A Scientific and Philosophical Concept, from Electrodynamics to String Theory and the Geometry of the Microscopic World. Johns Hopkins University Press. ISBN 978-1-4214-0247-5.

• Tomé López, César, Hutsaz, zientziakaiera.eus