что такое отрицательное давление вакуума

Отрицательное давление? поясните.

В соседнем вопросе увидел такое определение как «отрицательное давление». Это просто термин такой, или учёные правда полагают, что давление вакуума отрицательное?

Мне не понятно потому, что я себе представляю отрицательное давление как противоположность положительному. То есть, если положительное давление сдавливает, то отрицательное должно разрывать. Вроде как по своему воздействию на объекты (планеты, звёзды, галактики) отрицательное давление должно напоминать антигравитацию.

Описание эффекта Казимира понравилось (в википедии). Просто и понятно.

Возникает следующий вопрос, что принято считать нулевым давлением?
Представим я хочу свой барометр сделать (или разметить шкалу у готового прибора). Что бы поставить отметку 1 атмосфер, мне надо занести его в комнату со стандартной температурой и влажностью (ну и что там ещё, не в курсе). Но кроме отметки «1» мне нужны и другие. В какие условия мне нужно поместить барометр, что бы правильно поставить отметку «0»? (получив интервал в 1 атмосфер я смогу разметить остальное)

Вещества (жидкости и газы например) имеют положительное давление, что приводит к тому, что при наличии гравитации появляется сила выталкивания (сила Архимеда).

То есть сам объект сдавливается веществом (газом, жидкостью), но при этом выталкивается в направлении противоположном от центра гравитации.

Вакуум же, имея отрицательное давление, должен разрывать объекты, но при этом выталкивать их в противоположную сторону (в направлении к центру гравитации). То есть галактики наоборот должны ещё сильнее притягиваться друг к другу.

Вопрос на засыпку: Берём металлический кубик (при стандартной температуре 20-25 градусов Цельсия). Прикасаемся к нему рукой и убеждаемся, что он немного прохладный. Помещаем этот кубик в вакуум (как аналог космоса) на 10 часов. Потом быстро его оттуда достаём и хватаем рукой (зажимаем в кулаке). Опишите предполагаемые ощущения :)))

Источник

Вакуум: основные понятия, определения и типы вакуума

Вакуум понятие относительное. Учеными доказано, что абсолютного вакуума не существует. Есть несколько понятий вакуума и его интерпретаций.

Что такое вакуум

Ва́куум с латинского «vacuum» обозначает пустой, т.е. это пустое пространство. Но создать пустое пространство невозможно. Поэтому принято считать вакуумом объем, в котором почти нет никаких веществ. Количество молекул в вакууме находится в таком небольшом количестве, что может достигать нескольких десятков.

Из-за малого количество молекул, их внутренняя энергия или импульсы стремятся к нулю. Поэтому считается, что в вакууме практически отсутствуют различные процессы, такие как электрический ток, трение и прочее.

В физике ва́куум – это пространство с газом, давление которого ниже атмосферного давления. Другими словами, это разряжение.

Качество вакуума или его глубина измеряется давлением. А точнее, отношением длины свободного пробега частицы к линейным размерам емкости, в которой он создан. С увеличением степени разряжения уменьшается число столкновений молекул в пространстве. Длина свободного пробега частиц увеличивается и зависит только от размеров сосуда, со стенками которого они сталкиваются. Следовательно, вакуумом можно назвать состояние, когда частицы газа, находясь в определенном объеме, не соприкасаются друг с другом.

Основная единица измерения вакуумного давления – Па. Но паскаль достаточно большая величина для измерения разряжения, поэтому в физике часто используются другие величины, такие как бар, мм.рт.ст., торр, физическая атмосфера.

Соотношение единиц измерения вакуума в физике.

Источник

Что такое отрицательное давление вакуума

&#167 11. Гравитирует ли вакуум?

Закон всемирного тяготения гласит, что любые материальные тела притягивают друг друга. А гравитирует ли вакуум? Этот вопрос в современной физике был поставлен Альбертом Эйнштейном еще в 1917 г. Что такое гравитация вакуума? Почему возник такой вопрос? Какие данные физических экспериментов или астрономических наблюдений заставили великого физика поставить эту проблему? Оказывается, никаких прямых данных не было, а точнее говоря, именно отсутствие в ту пору данных о движении галактик привело Эйнштейна к мысли о гравитации вакуума.

Дело обстояло следующим образом. Вскоре после создания общей теории относительности Эйнштейн попытался построить на ее основе математическую модель Вселенной. Это происходило до работ Фридмана, до открытия Хабблом красного смещения в спектрах галактик, и Эйнштейном владела идея стационарности, неизменности мира: «Небеса длятся от вечности к вечности». Однако мы видели в § 2, что закон тяготения требует нестационарности Вселенной. Во Вселенной из-за сил тяготения однородно распределенной материи существует отрицательное ускорение, даваемое формулой (10) и нарастающее прямо пропорционально расстоянию.

Для того чтобы уравновесить силы тяготения и сделать мир стационарным, надо ввести силы отталкивания, не зависящие от вещества. Ускорение тяготения и ускорение отталкивания должны быть равны друг другу по абсолютной величине и противоположны по знаку:

В первой части равенства мы вместо а_тяг подставили его значение из (10). Таким образом, сила отталкивания должна быть прямо пропорциональна расстоянию.

Исходя из таких соображений, Эйнштейн ввел космическую силу отталкивания, которая делала мир стационарным. Эта сила универсальна: она зависит не от массы тел, а только от расстояния, их разделяющего. Ускорение, которое эта сила сообщает любым телам, разнесенным на расстояние R, должно быть пропорционально расстоянию и записывается, следовательно, в виде

Численную константу в формуле (27) или, точнее, величину, получающуюся от деления этой константы на квадрат скорости света, называют космологической постоянной и обозначают буквой Л. Итак, согласно идее Эйнштейна

Так в уравнениях тяготения Эйнштейна появился космологический член, описывающий силы отталкивания вакуума. Действие этих сил столь же универсально, как и сил всемирного тяготения, т. е. оно не зависит от физической природы тела, на котором проявляется, поэтому логично назвать это действие гравитацией вакуума.

Через несколько лет после работы Эйнштейна была создана теория А. А. Фридмана. После того как Эйнштейн признал теорию Фридмана, он стал склоняться к мысли, что Л-член не следует вводить в уравнения тяготения, если их решение для всего мира можно получить и без этого члена.

После открытия красного смещения в спектрах галактик, доказывающего расширение Вселенной, какие-либо основания предполагать, что в природе существуют космические силы отталкивания, отпали. Правда, решение, описывающее расширяющийся мир, можно получить и для уравнений с Λ-членом. Для этого достаточно предположить, что силы тяготения и отталкивания не компенсируют точно друг друга, тогда преобладающая сила приведет к нестационарности. Это было отмечено еще в пионерских работах Фридмана. Наблюдения красного смещения времен Хаббла были недостаточно точны, чтобы определить, какое решение осуществляется в природе: с Λ-членом или без него. Тем не менее многие физики с неприязнью поглядывали на Λ-член в уравнениях, поскольку он осложнял теорию и ничем не был оправдан. Эйнштейн и многие другие физики предпочитали писать уравнения тяготения без Λ-члена, т. е. считая Λ = 0. Эйнштейн назвал введение космологической постоянной в свои уравнения «самой грубой ошибкой в своей жизни».

Однако космологи тридцатых годов не отказались столь поспешно от Λ-члена. Для сохранения Λ-члена у них были серьезные основания. Вспомним, что первые определения постоянной Хаббла давали значения Н ≈ 500 км /_сек*Мnс, что соответствовало времени, протекшему с начала расширения Вселенной t ≈ 1 /_H ≈ 2*1О 9 лет (см. § 5, 6). Это очень короткий срок. Во-первых, он оказывался даже меньше возраста Земли. Во-вторых, что гораздо более существенно, возраст звезд и звездных систем тогда ошибочно оценивался в 10 13 лет, т. е. на два порядка больше времени расширения Вселенной.

Для приведения в соответствие времени расширения Вселенной с возрастом звезд был привлечен Λ-член. Так идея универсального космического отталкивания начала переживать период «второй молодости».

* ( Заметим, что моделями с Λ-членом много занимался бельгийский ученый Леметр, которому в зарубежной литературе иногда незаслуженно приписывается приоритет создания всей теории расширяющейся Вселенной. Мы уже подчеркивали, что эта теория создана А. А. Фридманом. Говоря о теории расширяющейся Вселенной, Эйнштейн в 1931 г. писал: «Первым на этот путь вступил Фридмгн».)

Предположим, что Λ-член отличен от нуля. Пусть мир расширяется от состояния очень высокой плотности. Так как вначале плотность вещества велика, силы тяготения, пропорциональные плотности и тормозящие расширение, много больше сил отталкивания. Действительно, отношение ускорения, создаваемого тяготением вещества, к ускорению, создаваемому космическими силами отталкивания, есть, согласно формулам (10) и (26) *

Когда в начале расширения ρ велико, то это отношение также велико, и силы тяготения много больше сил отталкивания. В ходе расширения рано или поздно плотность упадет настолько, что силы сравняются. В этот момент мир по инерции будет расширяться без ускорения, с постоянной скоростью. Если эта скорость очень мала, то очень долго будет поддерживаться почти полное равенство сил тяготения и отталкивания и, следовательно, период задержки расширения будет длительным. Затем плотность вещества все же постепенно упадет и силы тяготения станут меньше сил отталкивания. Теперь мир уже будет расширяться ускоренно под действием сил отталкивания. График изменения расстояний со временем в такой расширяющейся с задержкой Вселенной изображен на рис. 15. Подбирая параметры модели, можно сделать задержку расширения очень длительной. Согласно этой гипотезе задержка в расширении была в прошлом. Сегодня мир расширяется ускоренно, но значение постоянной Хаббла вовсе уже не определяет времени, прошедшего с начала расширения. Это наглядно видно из рисунка 15.

Так введение Λ растягивает время расширения Вселенной и может привести его в соответствие с возрастом звезд.

Оценки постоянной Хаббла были пересмотрены в 50-х годах. Еще раньше, в конце 30-х годов, было установлено, что превращение водорода в гелий является основным источником энергии звезд, а в 50-х годах построена современная теория звездной эволюции. Все противоречия с возрастами отпали, отпала и необходимость в Λ-члене. Уже во второй раз!

* ( Увеличение коэффициента в 30 раз обусловлено тем, что почти полное уравновешивание сил тяготения силами отталкивания в гипотезе американских и советских авторов происходит не сегодня, а в прошлом, когда плотность вещества во Вселенной была раз в 30 больше.)

Но, как говорят, джина, выпущенного из бутылки, нелегко загнать обратно. Идея о том, что Λ-член не равен нулю, оказалась живучей.

Ясно одно, что если Λ-член и отличается от нуля, то очень мало. Но доказать, что он точно равен нулю, путем наблюдений, конечно, невозможно. Может быть, действительно существуют космические силы отталкивания?

Это заставляет физиков задуматься над природой таких сил.

Одна из возможных попыток объяснить природу Λ-сил заключается в следующем. Согласно современной квантовой физике, вакуум представляет собой наинизшее энергетическое состояние всех полей. В вакуумe даже в отсутствие реальных частиц происходят сложные процессы рождения и уничтожения так называемых виртуальных частиц. Виртуальные частицы, родившись, не могут разлететься в стороны, став реальными частицами, которые можно зарегистрировать; они тут же аннигилируют друг с другом. Но следствия взаимодействия виртуальных частиц проявляются и с огромной точностью фиксируются экспериментально. Чрезвычайно сложен вопрос о плотности энергии вакуума. Оказывается, во все формулы теории энергия вакуума входит так, что сокращается при описании поведения реальной системы частиц. Возможна и такая формулировка теории, при которой средняя плотность энергии вакуума тождественно равна нулю. Но такой подход годится только до тех пор, пока мы не будем учитывать гравитационное взаимодействие виртуальных частиц.

Виртуальные частицы возникают в среднем на характерном расстоянии l друг от друга. Энергия гравитационного взаимодействия соседних частиц, согласно обычной формуле равна *

* ( Замечание о знаке этой величины см. в примечании на стр.67.)

Последнее выражение в формуле получается, если вместо l подставить l = /_mс.

Напомним, что масса однородного шара равна

«Вакуумная жидкость», естественно, равномерно заполняет все пространство. Поэтому для вычисления вызываемого ею гравитационного ускорения можно воспользоваться формулой (10), которую мы вывели для равномерно распределенного обычного вещества, с той лишь разницей, что вместо плотности ρ нужно писать cумму

Таким образом, для гравитации вакуума мы получили не притяжение, как для обычной материи [знак минус в формуле (10)], а отталкивание [знак плюс в окончательном последнем выражении (30)]. Это отталкивание обусловлено, конечно, тем, что давление вакуума отрицательное, и его надо учитывать, согласно теории Эйнштейна, при вычислении гравитационной силы.

* ( Заметим, что теория в принципе допускает и ситуацию, когда плотность энергии вакуума отрицательна (а не положительна, как мы предположили в тексте) и давление положительно. Тогда в итоге вместо отталкивания получается гравитационное притяжение вакуума. Теория пока еще не может с уверенностью предсказать даже знак эффекта! Вот почему мы не фиксировали внимание в тексте на знаке плотности энергии вакуума. Важно, однако, подчеркнуть, что какой бы знак ни имела плотность энергии вакуума, давление его должно иметь противоположный знак и быть равно плотности по абсолютной величине. Если бы этого не было, то существовала бы выделенная, покоящаяся относительно вакуума система отсчета, в противоречие со специальной теорией относительности.)

Итак, на вопрос «гравитирует ли вакуум?», до сих пор нет окончательного ответа. Если Λ-член и отличен от нуля, то он настолько мал, что не влияет в нашу эпоху сколько-нибудь заметно на процессы в космологии. Еще меньше его влияние было в прошлом, ибо, как мы видели выше, чем более раннюю эпоху рассматривать, чем больше плотность вещества и силы его тяготения, тем меньше роль Λ-члена. По этой причине мы в дальнейшем не будем рассматривать Λ-член.

Источник

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки

Отрицательное давление физического вакуума

Заслуженный участник

Нет. В уравнения ОТО входит давление в данной точке, а не давление относительно чего-то далёкого-далёкого.

Заслуженный участник

Bobinwl
Метрика в нашем пространстве имеет сигнатуру , т.е. временная координата дает вклад с одним знаком, а пространственные с противоположным. В одной точке вы можете свести к метрике Минковского . Вклад в тензор энергии-импульса, о котором вы говорите (лямбда-член) оказывается просто метрикой с некоторым коэффициентом. Если провести аналогию с обычной материей, получается, что давление (которое определяет пространственные компоненты тензора энергии-импульса) должно быть отрицательным.

Заслуженный участник

Обычное натяжение. Например, берёте резиновый лист, растягиваете. На его мысленных поперечных сечениях действует отрицательное давление. Лучше бы взять резиновый куб, и растянуть его по всем направлениям одновременно, но это трудно технически 🙂

Заслуженный участник

Заслуженный участник

Нет, это пример обычного закона Кулона (и законов Кеплера).

Нет, сила от расстояния растёт, а не постоянна.

Может, не стоит выступать, не разобравшись?

Последний раз редактировалось atlakatl 06.11.2012, 17:49, всего редактировалось 1 раз.

Заслуженный участник

Последний раз редактировалось Munin 06.11.2012, 18:28, всего редактировалось 1 раз.

Почему? Там кагбе давление положительно, даже если его и выковырять из ещё вопрос откуда.

Отрицательное давление имеет место между разноимёнными притягивающимися заряженными частицами. Но этот разговор продолжим, только если вы продемонстрируете знание ТЭИ электромагнитного поля, и готовность его вычислять.

Хорошо. Мы разобрались, что вы не разобрались. 🙂 Предлагаю на этом закончить ваши выступления, и если хотите, начать помогать вам разбираться.

Я его часто не использую, а использую только когда вижу, что человек не разобрался. Думаю, что имею на это право.

Говоря об этом явлении как о силе, необходимо представлять себе пару пробных тел, например, находящихся на расстоянии, скажем, одно от другого. Тогда:
— само отрицательное давление не вносит ничего в законы движения этих тел, поскольку везде однородно;
— вызываемая этим давлением гравитация расталкивает эти тела между собой.
Выделив мысленно шар пространства, опирающийся на как на диаметр, получаем, что его объём Эквивалентная мощность ньютоновского источника где — космологическое значение плотности тёмной энергии а — параметр уравнения состояния тёмной энергии, так что получается Подставляя его в числитель закона Ньютона, и в знаменатель, получаем, что пробные тела отталкиваются от центра шара с ускорением, пропорциональным первой степени

Согласно общей теории относительности, гравитация зависит не только от массы (плотности), но и от давления, причем давление имеет бо́льший коэффициент, чем плотность. Отрицательное давление должно порождать отталкивание, антигравитацию, и поэтому вызывает ускорение расширения Вселенной
——————-
Расскажите, пожалуйста.

Заслуженный участник

Последний раз редактировалось Munin 07.11.2012, 14:23, всего редактировалось 1 раз.

Тогда предлагаю закончить ваши утверждения. Неважно что, главное закончить.

Вы смотрите на статическую картинку, и думаете, что в ней никакого переноса нет. Но на самом деле статичность означает только, что равен нулю член с или потока, но не сам поток. Глядя на спокойную реку, вы не видите течения, но течение есть. Например, пусть этот куб с одной стороны тянут слоны, а с другой стороны к нему привязаны каменные блоки пирамид на полозьях? Тогда, разумеется, слоны прикладывают и этот проходит через резиновый куб, через каждое его сечение, и передаётся каменным блокам.

Да, можно. И вот как раз в «притягиваются друг к другу» и заложен перенос импульса.

Заслуженный участник

Заслуженный участник

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей

Источник