Вопрос вдохновлен недавним всплеском вопросов типа вечного двигателя . Было бы хорошо, если бы можно было просто отбросить их все (или, по крайней мере, огромный класс, предполагающий некий идеальный вакуум для устранения трения) с помощью аргумента, показывающего, что идеальный вакуум создать невозможно. Интуитивно у меня есть некоторая надежда, что будет аргумент термодинамики/статистической механики, что мы никогда не сможем полностью устранить трение воздуха , тем самым исключая все эти сложные конструкции, требующие конкретных аргументов с самого начала. Поэтому мой вопрос двоякий:
Ответ — нет, или, по крайней мере, в классическом вакуумном смысле. Я также не вижу объяснения тому, почему для создания вакуума требуется бесконечная энергия.
Явная конструкция заключается в использовании твердофазного реактивного химического «геттера» для устранения (почти) всех присутствующих молекул газа; в экспериментальной практике практически все искусственные материалы все еще немного выделяют газ, а это означает, что для практических целей трудно достичь настоящего вакуума. Например, в ЦЕРН был создан один из самых высоких вакуумов на Земле с плотностью 1 молекула на . Однако эта неспособность создать идеальный вакуум является проблемой материаловедения, а не побочным эффектом теоретической невозможности.
В межзвездном пространстве вакуум может приближаться к 1 молекуле на литр, что для всех практических целей и задач является идеальным вакуумом.
Учитывая идеальный поршень/цилиндр, начиная с полностью вставленного поршня и нулевого объема, работа по созданию идеального вакуума проста:
(расстояние, на которое перемещается поршень) X (сила) = (расстояние) X (площадь поршня) X (внешнее давление).
Таким образом, работа по созданию вакуума объемом V равна VXP, где P — внешнее давление, например атмосферное давление.
Однако все реальные материалы имеют давление пара, если только они не находятся при температуре абсолютного нуля. Молекулы или атомы материала, из которого изготовлен ящик, будут переходить в паровую фазу при всех ненулевых температурах. Идеальный вакуум в макроскопическом ящике создать невозможно, потому что достижение абсолютного нуля за конечное число шагов противоречит третьему закону термодинамики.
В квантовом масштабе частицы постоянно появляются и исчезают случайным образом повсюду, а это означает, что если вы на самом деле способны создать идеальный вакуум в макромасштабе, квантовый масштаб сразу же отвергнет это. Кроме того, в квантовом мире есть небольшая вероятность случайной «телепортации» любой частицы или атома из вашего контейнера в любое место во Вселенной, создавая целое, которое позволит другим частицам попасть в систему. Или наоборот, случайным образом вводя в систему частицы или атомы.
Даже используя бесконечную энергию, Трехмерный контейнер не сможет создать идеальный вакуум в нашей Вселенной.
Идеальный вакуум создать невозможно. Даже если каким-то образом избавиться от всех материальных частиц, из контейнера все равно останутся фотоны черного тела, не говоря уже о виртуальных гравитонах.
Как правило, вы не можете быть на 100% уверены, что какая-то часть пространства представляет собой идеальный вакуум, — знать, что вы должны точно измерить энергию этой области, но это запрещено принципом неопределенности Гейзенберга: где неопределенность измерения энергии. Я бы сказал, что для того, чтобы убедиться, что что-то является идеальным вакуумом, потребуется бесконечное время.
http://www.lhup.edu/~dsimanek/museum/unwork.htm
Вечные двигатели
Возьмите сосуд из плавленого кварца УФ-класса со стенками 1 см, температура отжига 1140 ° C. Нагрейте его до 900 ° C в сильном вакууме с обеих сторон (турбонасос плюс титановый сублимационный насос) с безэлектродным низким давлением 184,9 нм рт. . Позвольте этому продолжаться в течение нескольких дней, затем отключите соединение. Прохладный. Охладить в сверхтекучем жидком гелии. Вот вам и "идеальный" вакуум. Он по-прежнему имеет энергию нулевой точки (эффект Казимира) плюс тепловое излучение.
Вот «идеальный» вечный двигатель второго рода. Почему это дерьмо?
Герметично изолированная жесткая вакуумная оболочка содержит две близко расположенные, но не соприкасающиеся, совмещенные и параллельные электропроводящие пластины с микрошипами на внутренних поверхностях. Они соединены проводом, возможно, содержащим рассеивающую нагрузку (небольшой двигатель). Одна пластина имеет большую внутреннюю поверхность вакуумного материала с работой выхода (например, осмий при 5,93 эВ). Другая пластина имеет небольшую внутреннюю поверхность вакуумного материала с работой выхода (например, n-легированный алмаз «нитрид углерода» при 0,1 эВ). При температуре выше 0 К спонтанное излучение с холодным катодом приводит в действие закрытую изолированную систему. Испускаемые электроны непрерывно падают вниз по градиенту потенциала 5,8 вольт. Испарение нитрида углерода охлаждает эту пластину. Ускоренное столкновение с осмием нагревает эту пластину. Снова и снова. Пластины никогда не приходят в тепловое равновесие при электрическом коротком замыкании.