สุญญากาศ( พหูพจน์ : สุญญากาศหรือvacua ) คือ พื้นที่ที่ปราศจากสสารคำนี้มาจากคำคุณศัพท์ภาษาละตินvacuus (คำนามเพศกลางvacuum )ซึ่งหมายถึง "ว่างเปล่า" หรือ "ไม่มี" สุญญากาศโดยประมาณคือบริเวณที่มีความดัน ก๊าซ น้อยกว่าความดันบรรยากาศ มาก ^{[ 1 ]} นักฟิสิกส์มักจะอภิปรายผลการทดสอบในอุดมคติที่จะเกิดขึ้นใน สุญญากาศ ที่สมบูรณ์แบบซึ่งบางครั้งพวกเขาก็เรียกง่ายๆ ว่า "สุญญากาศ" หรือพื้นที่ว่างและใช้คำว่าสุญญากาศบางส่วนเพื่ออ้างถึงสุญญากาศที่ไม่สมบูรณ์แบบจริงๆ เช่นที่อาจพบได้ในห้องปฏิบัติการหรือในอวกาศ ในทางกลับกัน ในด้านวิศวกรรมและฟิสิกส์ประยุกต์ สุญญากาศหมายถึงพื้นที่ใดๆ ที่มีความดันต่ำกว่าความดันบรรยากาศมาก^{[ 2 ]}คำภาษาละตินin vacuoใช้เพื่ออธิบายวัตถุที่ล้อมรอบด้วยสุญญากาศ

คุณภาพของสุญญากาศบางส่วนหมายถึงความใกล้เคียงกับสุญญากาศที่สมบูรณ์แบบ โดยปัจจัยอื่นๆ เท่ากันความดัน ก๊าซ ที่ ต่ำกว่า หมายถึงสุญญากาศที่มีคุณภาพสูงกว่า ตัวอย่างเช่นเครื่องดูดฝุ่น ทั่วไป สร้างแรงดูด เพียงพอ ที่จะลดความดันอากาศได้ประมาณ 20% ^{[ 3 ]}แต่สุญญากาศที่มีคุณภาพสูงกว่านั้นก็เป็นไปได้ ห้อง สุญญากาศระดับสูงมากซึ่งพบได้ทั่วไปในวิชาเคมี ฟิสิกส์ และวิศวกรรม ทำงานที่ความดันต่ำกว่าหนึ่งในล้านล้าน (10 ⁻¹² ) ของความดันบรรยากาศ (100 nPa) และสามารถเข้าถึงอนุภาคได้ประมาณ 100 อนุภาค/cm³ [ ^{4 ]อวกาศภายนอก}เป็นสุญญากาศที่มีคุณภาพสูงกว่ามาก โดยมีอะตอมไฮโดรเจนเพียงไม่กี่อะตอมต่อลูกบาศก์เมตรโดยเฉลี่ยในอวกาศระหว่างกาแล็กซี^{[ 5 ]}

Vacuum has been a frequent topic of philosophical debate since ancient Greek times, but was not studied empirically until the 17th century. Clemens Timpler (1605) philosophized about the experimental possibility of producing a vacuum in small tubes.^[6]Evangelista Torricelli produced the first laboratory vacuum in 1643, and other experimental techniques were developed as a result of his theories of atmospheric pressure. A Torricellian vacuum is created by filling with mercury a tall glass container closed at one end, and then inverting it in a bowl to contain the mercury (see below).^[7]

Vacuum became a valuable industrial tool in the 20th century with the introduction of incandescent light bulbs and vacuum tubes, and a wide array of vacuum technologies has since become available. The development of human spaceflight has raised interest in the impact of vacuum on human health, and on life forms in general.

The word vacuum comes from Latin'an empty space, void', noun use of neuter of vacuus, meaning "empty", related to vacare, meaning "to be empty".

Vacuum is one of the few words in the English language that contains two consecutive instances of the vowel u.^[8]

Historically, there has been much dispute over whether such a thing as a vacuum can exist. Ancient Greek philosophers debated the existence of a vacuum, or void, in the context of atomism, which posited void and atom as the fundamental explanatory elements of physics. Lucretius argued for the existence of vacuum in the first century BC and Hero of Alexandria tried unsuccessfully to create an artificial vacuum in the first century AD.^[9]

อย่างไรก็ตาม ตาม แนวคิดของ เพลโตแม้แต่แนวคิดเชิงนามธรรมของความว่างเปล่าที่ไร้ลักษณะเฉพาะ ก็ยังเผชิญกับความสงสัยอย่างมาก: มันไม่สามารถรับรู้ได้ด้วยประสาทสัมผัส มันไม่สามารถให้พลังในการอธิบายเพิ่มเติมไปกว่าปริมาตรทางกายภาพที่มันสอดคล้อง และโดยนิยามแล้ว มันก็คือความว่างเปล่าอย่างแท้จริง ซึ่งไม่สามารถกล่าวได้อย่างถูกต้องว่ามีอยู่จริงอริสโตเติลเชื่อว่าไม่มีความว่างเปล่าใดเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติได้ เพราะสสารโดยรอบที่มีความหนาแน่นกว่าจะเติมเต็มความเบาบางใดๆ ที่อาจก่อให้เกิดความว่างเปล่าได้ทันที ในหนังสือฟิสิกส์เล่มที่ 4 อริสโตเติลได้เสนอข้อโต้แย้งมากมายเกี่ยวกับความว่างเปล่า เช่น การเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่ไม่มีสิ่งกีดขวางสามารถดำเนินต่อไปได้เรื่อยๆ อย่างไม่มีที่สิ้นสุดโดยไม่มีเหตุผลใดที่สิ่งใดจะหยุดนิ่งอยู่ที่ใดที่หนึ่งโดยเฉพาะ

ในโลกมุสลิม ยุคกลาง นักฟิสิกส์และนักวิชาการอิสลามอัล-ฟาราบีได้เขียนตำราปฏิเสธการมีอยู่ของสุญญากาศในศตวรรษที่ 10 ^{[ 10 ]}เขาได้สรุปว่าปริมาตรของอากาศสามารถขยายตัวเพื่อเติมเต็มพื้นที่ว่างที่มีอยู่ ดังนั้นแนวคิดเรื่องสุญญากาศที่สมบูรณ์แบบจึงไม่สมเหตุสมผล^{[ 11 ]}ตามที่อะห์มัด ดัลลาล กล่าวไว้ อ บู ราย ฮาน อัล-บีรูนีกล่าวว่า "ไม่มีหลักฐานที่สังเกตได้ใดๆ ที่ตัดความเป็นไปได้ของสุญญากาศออกไป" [ 12 ] ปั๊ม^{ดูดได้รับ}การอธิบาย โดยวิศวกรชาวอาหรับอัล-จาซารีในศตวรรษที่ 13 และต่อมาได้ปรากฏในยุโรปตั้งแต่ศตวรรษที่ 15 ^{[ 13 ] [ 14 ]}

นักวิชาการชาวยุโรปเช่นโรเจอร์ เบคอน , บลาซิอุสแห่งปาร์มาและวอลเตอร์ เบอร์ลีย์ในศตวรรษที่ 13 และ 14 ให้ความสนใจอย่างมากกับประเด็นที่เกี่ยวข้องกับแนวคิดเรื่องสุญญากาศ มุมมองที่แพร่หลายว่าธรรมชาติรังเกียจสุญญากาศเรียกว่าhorror vacuiมีการคาดเดาด้วยซ้ำว่าแม้แต่พระเจ้าก็ไม่สามารถสร้างสุญญากาศได้หากพระองค์ต้องการ และ การประณาม ของบิชอปเอเตียน เทมปิเยร์ในปารีส ในปี 1277 ซึ่งเรียกร้องให้ไม่มีข้อจำกัดใดๆ ต่ออำนาจของพระเจ้า นำไปสู่ข้อสรุปว่าพระเจ้าสามารถสร้างสุญญากาศได้หากพระองค์ปรารถนา^{[ 15 ]}ตั้งแต่ศตวรรษที่ 14 เป็นต้นมา นักวิชาการได้ละทิ้งมุมมองของอริสโตเติลมากขึ้นเรื่อยๆ และยอมรับกันอย่างกว้างขวางว่า มีช่องว่าง เหนือธรรมชาติอยู่นอกเหนือขอบเขตของจักรวาลเองในศตวรรษที่ 17 แนวคิดนี้ได้รับอิทธิพลจากฟิสิกส์ของสโตอิกช่วยแยกความกังวลทางธรรมชาติและทางเทววิทยาออกจากกัน^{[ 16 ]}

เกือบสองพันปีหลังจากเพลโตเรเน่ เดส์การ์ตส์ก็ได้เสนอทฤษฎีอะตอมนิยมทางเลือกที่อิงตามเรขาคณิต โดยปราศจาก ความขัดแย้งระหว่างความว่างเปล่าและอะตอมที่เป็นปัญหา แม้ว่าเดส์การ์ตส์จะเห็นด้วยกับมุมมองร่วมสมัยที่ว่าสุญญากาศไม่เกิดขึ้นในธรรมชาติ แต่ความสำเร็จของระบบพิกัดที่ตั้งชื่อตาม เขา และโดยนัยสำคัญยิ่งกว่านั้นคือองค์ประกอบเชิงพื้นที่และกายภาพของอภิปรัชญาของเขา จะกลายเป็นตัวกำหนดแนวคิดสมัยใหม่ทางปรัชญาของพื้นที่ว่างเปล่าในฐานะการขยายตัวเชิงปริมาณของปริมาตร อย่างไรก็ตาม ตามคำจำกัดความในสมัยโบราณ ข้อมูลทิศทางและขนาดมีความแตกต่างกันในเชิงแนวคิด

การทดลองทางความคิดในยุคกลางเกี่ยวกับแนวคิดเรื่องสุญญากาศพิจารณาว่ามีสุญญากาศอยู่หรือไม่ แม้เพียงชั่วขณะหนึ่ง ระหว่างแผ่นเรียบสองแผ่นเมื่อแยกออกจากกันอย่างรวดเร็ว^{[ 17 ]}มีการถกเถียงกันมากว่าอากาศเคลื่อนเข้ามาเร็วพอหรือไม่เมื่อแผ่นแยกออกจากกัน หรือตามที่วอลเตอร์ เบอร์ลีย์ตั้งสมมติฐานไว้ว่า 'ตัวแทนจากสวรรค์' ป้องกันไม่ให้เกิดสุญญากาศขึ้นหรือไม่ฌอง บูริแดนรายงานในศตวรรษที่ 14 ว่าม้าสิบตัวไม่สามารถดึงเครื่องเป่าลม ให้เปิดออกได้ เมื่อช่องถูกปิดผนึก^{[ 9 ]}

ในศตวรรษที่ 17 มีความพยายามครั้งแรกในการวัดปริมาณสุญญากาศบางส่วน^{[ 18 ]}บารอมิเตอร์ปรอทของEvangelista Torricelliในปี 1643 และการทดลองของ Blaise Pascal ต่างก็แสดงให้เห็นถึงสุญญากาศบางส่วน

ในปี ค.ศ. 1654 ออตโต ฟอน เกอริค ได้ประดิษฐ์ ปั๊มสุญญากาศเครื่องแรก^{[ 19 ]}และทำการ ทดลอง ซีกโลกแมกเดบูร์ก อันโด่งดัง โดยแสดงให้เห็นว่าเนื่องจากความดันบรรยากาศภายนอกซีกโลก ทีมม้าไม่สามารถแยกซีกโลกสองซีกที่อากาศถูกดูดออกไปบางส่วนได้โรเบิร์ต บอยล์ได้ปรับปรุงการออกแบบของเกอริค และด้วยความช่วยเหลือของโรเบิร์ต ฮุคได้พัฒนาเทคโนโลยีปั๊มสุญญากาศต่อไป หลังจากนั้น การวิจัยเกี่ยวกับสุญญากาศบางส่วนก็หยุดชะงักไปจนกระทั่งปี ค.ศ. 1850 เมื่อออกัสต์ โทปเลอร์ประดิษฐ์ปั๊มโทปเลอร์และในปี ค.ศ. 1855 เมื่อไฮน์ริช ไกส์เลอร์ประดิษฐ์ปั๊มแบบแทนที่ด้วยปรอท ซึ่งทำให้เกิดสุญญากาศบางส่วนที่ระดับประมาณ 10 Pa (0.1  Torr ) คุณสมบัติทางไฟฟ้าหลายอย่างสามารถสังเกตได้ที่ระดับสุญญากาศนี้ ซึ่งทำให้เกิดความสนใจในการวิจัยเพิ่มเติมอีกครั้ง

ในขณะที่อวกาศภายนอกเป็นตัวอย่างที่หายากที่สุดของสุญญากาศบางส่วนที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ เดิมทีเชื่อกันว่าท้องฟ้าเต็มไปด้วยวัสดุที่แข็งแกร่งและทำลายไม่ได้ที่เรียกว่าอีเธอร์โดยยืมมาจากคำว่าpneuma ใน ฟิสิกส์ของ สโตอิก อีเธอร์จึงถูกมองว่าเป็นอากาศที่เบาบางซึ่งเป็นที่มาของชื่อ (ดูอีเธอร์ (ตำนาน) ) ทฤษฎีแสงในยุคแรกๆ สันนิษฐานว่ามีตัวกลางบนโลกและในอวกาศที่แพร่หลายซึ่งแสงสามารถแพร่กระจายผ่านได้ นอกจากนี้ แนวคิดนี้ยังเป็นข้อมูลพื้นฐานสำหรับคำอธิบายของไอแซค นิวตัน เกี่ยวกับ การหักเหของแสงและความร้อนที่แผ่รังสี^{[ 20 ]} การทดลองในศตวรรษที่ 19 เกี่ยวกับ อีเธอร์ที่นำพาแสงนี้พยายามตรวจจับแรงต้านเล็กน้อยในวงโคจรของโลก แม้ว่าโลกจะเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับอวกาศระหว่างดวงดาว แต่แรงต้านนั้นน้อยมากจนไม่สามารถตรวจจับได้ ในปี พ.ศ. 2455 นักดาราศาสตร์เฮนรี พิคเกอริงได้แสดงความคิดเห็นว่า "ในขณะที่สื่อดูดซับระหว่างดวงดาวอาจเป็นเพียงอีเธอร์ [แต่] มันมีลักษณะเฉพาะของก๊าซ และแน่นอนว่ามีโมเลกุลก๊าซอิสระอยู่" ^{[ 21 ]}อย่างไรก็ตาม ต่อมา อีเธอร์เรืองแสงก็ถูกละทิ้งไป

ต่อมาในปี 1930 พอล ดิแรกได้เสนอแบบจำลองของสุญญากาศว่าเป็นทะเลอนุภาคอนันต์ที่มีพลังงานลบ เรียกว่าทะเลดิแรกทฤษฎีนี้ช่วยปรับปรุงการทำนายของสมการดิ แรกที่เขาคิดค้นไว้ก่อนหน้านี้ และทำนายการมีอยู่ของโพซิตรอน ได้สำเร็จ ซึ่งได้รับการยืนยันในอีกสองปีต่อมาหลักการความไม่แน่นอนของเวอร์เนอร์ ไฮเซนเบิร์กซึ่งคิดค้นขึ้นในปี 1927 ได้ทำนายขีดจำกัดพื้นฐานที่สามารถวัดตำแหน่งและโมเมนตัมหรือพลังงานและเวลาในทันทีได้ ผลลัพธ์ที่กว้างไกลเหล่านี้ยังคุกคามว่า "ความว่างเปล่า" ของอวกาศระหว่างอนุภาคมีอยู่จริงหรือไม่

เกณฑ์ที่เข้มงวดที่สุดในการนิยามสุญญากาศคือบริเวณในห้วงเวลาและอวกาศที่ส่วนประกอบทั้งหมดของเทนเซอร์ความเครียด-พลังงานเป็นศูนย์ ซึ่งหมายความว่าบริเวณนี้ปราศจากพลังงานและโมเมนตัม และด้วยเหตุนี้จึงต้องปราศจากอนุภาคและสนามทางกายภาพอื่นๆ (เช่น แม่เหล็กไฟฟ้า) ที่มีพลังงานและโมเมนตัมอยู่ด้วย

ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปการที่เทนเซอร์พลังงาน-ความเครียดเป็นศูนย์ หมายความว่าส่วนประกอบทั้งหมดของเทนเซอร์ริชชี จะเป็นศูนย์ตาม สมการสนามของไอน์ส ไตน์ สุญญากาศไม่ได้หมายความว่าความโค้งของกาลอวกาศจะแบนราบเสมอไป สนามโน้มถ่วงยังคงสามารถสร้างความโค้งในสุญญากาศได้ในรูปของแรงน้ำขึ้นน้ำลงและคลื่นโน้มถ่วง (ในทางเทคนิค ปรากฏการณ์เหล่านี้เป็นส่วนประกอบของเทนเซอร์เวล์ ) หลุมดำ (ที่มีประจุไฟฟ้าเป็นศูนย์) เป็นตัวอย่างที่งดงามของบริเวณที่ "เต็ม" ด้วยสุญญากาศอย่างสมบูรณ์ แต่ยังคงแสดงให้เห็นถึงความโค้งที่ชัดเจน

In classical electromagnetism, the vacuum of free space, or sometimes just free space or perfect vacuum, is a standard reference medium for electromagnetic effects.^[22][23] Some authors refer to this reference medium as classical vacuum,^[22] a terminology intended to separate this concept from QED vacuum or QCD vacuum, where vacuum fluctuations can produce transient virtual particle densities and a relative permittivity and relative permeability that are not identically unity.^[24][25][26]

In the theory of classical electromagnetism, free space has the following properties:

• Electromagnetic radiation travels, when unobstructed, at the speed of light, the defined value 299,792,458 m/s in SI units.^[27]
• The superposition principle is always exactly true.^[28] For example, the electric potential generated by two charges is the simple addition of the potentials generated by each charge in isolation. The value of the electric field at any point around these two charges is found by calculating the vector sum of the two electric fields from each of the charges acting alone.
• The permittivity and permeability are exactly the electric constant ε₀^[29] and magnetic constant μ₀,^[30] respectively (in SI units), or exactly 1 (in Gaussian units).
• The characteristic impedance (η) equals the impedance of free spaceZ₀ ≈ 376.73 Ω.^[31]

The vacuum of classical electromagnetism can be viewed as an idealized electromagnetic medium with the constitutive relations in SI units:^[32]

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

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

โดยเชื่อมโยงสนาม การกระจัด ทางไฟฟ้าDกับสนามไฟฟ้าEและสนามแม่เหล็กหรือสนามHกับสนามเหนี่ยวนำแม่เหล็กหรือสนามBในที่นี้rคือตำแหน่งในอวกาศ และtคือเวลา

ในกลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีสนามควอนตัมสุญญากาศถูกนิยามว่าเป็นสถานะ (นั่นคือ คำตอบของสมการของทฤษฎี) ที่มีพลังงานต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ( สถานะพื้นฐานของปริภูมิฮิลเบิร์ต ) ในควอนตัมอิเล็กโทรไดนามิกส์สุญญากาศนี้เรียกว่า ' สุญญากาศ QED ' เพื่อแยกแยะออกจากสุญญากาศของควอนตัมโครโมไดนามิกส์ซึ่งเรียกว่าสุญญากาศ QCDสุญญากาศ QED เป็นสถานะที่ไม่มีอนุภาคสสาร (จึงเป็นที่มาของชื่อ) และไม่มีโฟตอนดังที่ได้อธิบายไว้ข้างต้น สถานะนี้เป็นไปไม่ได้ที่จะเกิดขึ้นได้จากการทดลอง (แม้ว่าอนุภาคสสารทุกตัวจะถูกกำจัดออกจากปริมาตรได้ แต่ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะกำจัดโฟตอนของวัตถุดำ ทั้งหมด ) อย่างไรก็ตาม มันเป็นแบบจำลองที่ดีสำหรับสุญญากาศที่สามารถเกิดขึ้นได้จริง และสอดคล้องกับการสังเกตการณ์จากการทดลองหลายประการดังที่จะกล่าวถึงต่อไป

สุญญากาศ QED มีคุณสมบัติที่น่าสนใจและซับซ้อน ในสุญญากาศ QED สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กมีค่าเฉลี่ยเป็นศูนย์ แต่ค่าความแปรปรวนไม่เป็นศูนย์^{[ 33 ]}ส่งผลให้สุญญากาศ QED มีความผันผวนของสุญญากาศ ( อนุภาคเสมือนที่กระโดดเข้าและออกจากการมีอยู่) และพลังงานจำกัดที่เรียกว่าพลังงานสุญญากาศความผันผวนของสุญญากาศเป็นส่วนสำคัญและพบได้ทั่วไปในทฤษฎีสนามควอนตัม ผลกระทบที่ได้รับการตรวจสอบแล้วจากการทดลองของความผันผวนของสุญญากาศ ได้แก่การปล่อยแบบเกิดขึ้นเองและการเลื่อนแลมบ์ [ ^{15 ] กฎ}ของคูลอมบ์และศักย์ไฟฟ้าในสุญญากาศใกล้ประจุไฟฟ้าจะถูกแก้ไข^{[ 34 ]}

ตามทฤษฎีแล้ว ใน QCD สถานะสุญญากาศหลายสถานะสามารถอยู่ร่วมกันได้^{[ 35 ]}การเริ่มต้นและการสิ้นสุดของการขยายตัวของจักรวาลเชื่อว่าเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนผ่านระหว่างสถานะสุญญากาศที่แตกต่างกัน สำหรับทฤษฎีที่ได้มาจากการหาปริมาณของทฤษฎีคลาสสิกจุดนิ่งแต่ละจุดของพลังงานในปริภูมิการกำหนดค่าจะก่อให้เกิดสุญญากาศเพียงหนึ่งเดียวทฤษฎีสตริงเชื่อกันว่ามีสุญญากาศจำนวนมหาศาล ซึ่งเรียกว่าภูมิทัศน์ของทฤษฎีสตริง

อวกาศภายนอกมีความหนาแน่นและความดันต่ำมาก และเป็นการประมาณทางกายภาพที่ใกล้เคียงที่สุดของสุญญากาศที่สมบูรณ์แบบ แต่ไม่มีสุญญากาศใดที่สมบูรณ์แบบอย่างแท้จริง แม้แต่ในอวกาศระหว่างดวงดาว ซึ่งยังมีอะตอมไฮโดรเจนอยู่ไม่กี่อะตอมต่อลูกบาศก์เมตร^{[ 5 ]}

ดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ และดวงจันทร์รักษาชั้นบรรยากาศ ไว้ ได้ด้วยแรงดึงดูดของแรงโน้มถ่วง ดังนั้นชั้นบรรยากาศจึงไม่มีขอบเขตที่ชัดเจน: ความหนาแน่นของก๊าซในชั้นบรรยากาศจะลดลงตามระยะทางจากวัตถุ ความดันบรรยากาศของโลกจะลดลงเหลือประมาณ 32 มิลลิปาสคาล (4.6 × 10 ⁻⁶  psi) ที่ระดับความสูง 100 กิโลเมตร (62 ไมล์) ^{[ 36 ]} ซึ่ง เป็นเส้นคาร์มันซึ่งเป็นคำจำกัดความทั่วไปของขอบเขตกับอวกาศภายนอก เหนือเส้นนี้ ความดันของก๊าซไอโซโทรปิกจะลดลงอย่างรวดเร็วจนไม่มีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับความดันรังสีจากดวงอาทิตย์และความดันไดนามิกของลมสุริยะดังนั้นคำจำกัดความของความดันจึงตีความได้ยาก ชั้นเทอร์โมสเฟียร์ในช่วงนี้มีการเปลี่ยนแปลงของความดัน อุณหภูมิ และองค์ประกอบอย่างมาก และแปรผันอย่างมากเนื่องจากสภาพอากาศในอวกาศนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์นิยมใช้ความหนาแน่นของจำนวนเพื่ออธิบายสภาพแวดล้อมเหล่านี้ในหน่วยของอนุภาคต่อลูกบาศก์เซนติเมตร

แต่ถึงแม้จะตรงตามคำจำกัดความของอวกาศภายนอก ความหนาแน่นของบรรยากาศภายในไม่กี่ร้อยกิโลเมตรแรกเหนือเส้นคาร์มันก็ยังเพียงพอที่จะสร้างแรงต้าน อย่างมีนัยสำคัญ ต่อดาวเทียมดาวเทียมเทียมส่วนใหญ่ทำงานในบริเวณนี้ ซึ่งเรียกว่าวงโคจรต่ำของโลกและต้องจุดเครื่องยนต์ทุกๆ สองสัปดาห์หรือปีละสองสามครั้ง (ขึ้นอยู่กับกิจกรรมของดวงอาทิตย์) ^{[ 37 ]}แรงต้านที่นี่ต่ำพอที่จะสามารถเอาชนะได้ในทางทฤษฎีด้วยแรงดันรังสีบนใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งเป็นระบบขับเคลื่อนที่เสนอสำหรับการเดินทางระหว่างดาวเคราะห์^{[ 38 ]}

เอกภพที่สังเกตได้ทั้งหมด เต็มไปด้วย โฟตอนจำนวนมหาศาลซึ่งเรียกว่ารังสีพื้นหลังของจักรวาลและมีแนวโน้มว่าจะมีนิวตริโน จำนวนมากเช่นกัน อุณหภูมิปัจจุบันของรังสีนี้อยู่ที่ประมาณ 3  เคลวิน (−270.15  องศาเซลเซียส ; −454.27  องศาฟาเรนไฮต์ )

คุณภาพของสุญญากาศบ่งบอกได้จากปริมาณของสสารที่เหลืออยู่ในระบบ ดังนั้นสุญญากาศคุณภาพสูงคือสุญญากาศที่มีสสารเหลือน้อยมาก สุญญากาศวัดได้โดยหลักจากความดันสัมบูรณ์แต่การวัดอย่างสมบูรณ์ต้องใช้พารามิเตอร์เพิ่มเติม เช่นอุณหภูมิและองค์ประกอบทางเคมี หนึ่งในพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดคือระยะทางเฉลี่ยที่โมเลกุลเคลื่อนที่ (MFP) ของก๊าซที่เหลืออยู่ ซึ่งบ่งบอกถึงระยะทางเฉลี่ยที่โมเลกุลจะเคลื่อนที่ระหว่างการชนกัน เมื่อความหนาแน่นของก๊าซลดลง MFP จะเพิ่มขึ้น และเมื่อ MFP ยาวกว่าห้อง ปั๊ม ยานอวกาศ หรือวัตถุอื่นๆ ที่มีอยู่ สมมติฐานต่อเนื่องของกลศาสตร์ของไหลจะไม่สามารถนำมาใช้ได้ สภาวะสุญญากาศนี้เรียกว่าสุญญากาศสูงและการศึกษาการไหลของของไหลในสภาวะนี้เรียกว่าพลศาสตร์ของอนุภาคก๊าซ MFP ของอากาศที่ความดันบรรยากาศนั้นสั้นมาก 70  นาโนเมตรแต่ที่ 100  มิลลิปาสคาล (≈^{ที่ ความ}  ดัน 10⁻³ Torrค่า MFP ของอากาศที่อุณหภูมิห้องอยู่ที่ประมาณ 100 มม. ซึ่งมีขนาดใกล้เคียงกับวัตถุทั่วไป เช่นหลอดสุญญากาศเครื่องวัดรังสีครูกส์จะหมุนเมื่อค่า MFP มีขนาดใหญ่กว่าขนาดของใบพัด

คุณภาพของสุญญากาศถูกแบ่งย่อยออกเป็นช่วงต่างๆ ตามเทคโนโลยีที่จำเป็นในการสร้างหรือวัดค่า โดยช่วงเหล่านี้ได้ถูกกำหนดไว้ในมาตรฐาน ISO 3529-1:2019 ดังแสดงในตารางต่อไปนี้ (100 Pa เทียบเท่ากับ 0.75 Torr; Torr เป็นหน่วยที่ไม่ใช่หน่วย SI):

• ความดันบรรยากาศเปลี่ยนแปลงได้ แต่ 101.325 และ 100 กิโลปาสคาล (1013.25 และ 1000.00 มิลลิบาร์) เป็นความดันมาตรฐานหรือความดันอ้างอิงที่ ใช้กัน ทั่วไป
• โดยทั่วไปแล้วห้วง อวกาศลึกนั้นว่างเปล่ากว่าสุญญากาศที่มนุษย์สร้างขึ้นมาก มันอาจจะตรงหรือไม่ตรงกับคำจำกัดความของสุญญากาศสูงที่กล่าวไว้ข้างต้นก็ได้ ขึ้นอยู่กับว่ากำลังพิจารณาบริเวณใดของอวกาศและวัตถุทางดาราศาสตร์ใด ตัวอย่างเช่น ระยะทางเฉลี่ยของการเคลื่อนตัวของอนุภาค (MFP) ในอวกาศระหว่างดาวเคราะห์นั้นเล็กกว่าขนาดของระบบสุริยะ แต่ใหญ่กว่าดาวเคราะห์ขนาดเล็กและดวงจันทร์ ด้วยเหตุนี้ ลมสุริยะจึงแสดงการไหลแบบต่อเนื่องในระดับของระบบสุริยะ แต่ต้องพิจารณาว่าเป็นการระดมยิงอนุภาคเมื่อเทียบกับโลกและดวงจันทร์
• สุญญากาศสมบูรณ์คือสถานะในอุดมคติที่ปราศจากอนุภาคใดๆ อย่างสิ้นเชิง ไม่สามารถสร้างขึ้นได้ในห้องทดลองแม้ว่าอาจจะมีปริมาตรเล็กๆ ที่ในช่วงเวลาสั้นๆ นั้น ปราศจากอนุภาคของสสารอยู่เลยก็ตาม ถึงแม้ว่าอนุภาคของสสารทั้งหมดจะถูกกำจัดออกไปแล้ว ก็ยังคงมีโฟตอนรวมถึงพลังงานมืดอนุภาคเสมือนและแง่มุมอื่นๆ ของสุญญากาศควอนตัมอยู่

สุญญากาศวัดได้ในหน่วยความดันโดยทั่วไปจะวัดเป็นการลบเทียบกับความดันบรรยากาศโดยรอบบนโลก แต่ปริมาณสุญญากาศสัมพัทธ์ที่วัดได้จะแตกต่างกันไปตามสภาพแวดล้อมในท้องถิ่น บนพื้นผิวของดาวศุกร์ซึ่งความดันบรรยากาศระดับพื้นดินสูงกว่าบนโลกมาก จึงสามารถวัดค่าสุญญากาศสัมพัทธ์ได้สูงกว่ามาก บนพื้นผิวของดวงจันทร์ซึ่งแทบไม่มีชั้นบรรยากาศ การสร้างสุญญากาศที่วัดได้เทียบกับสภาพแวดล้อมในท้องถิ่นนั้นทำได้ยากมาก

ในทำนองเดียวกัน ค่าสุญญากาศสัมพัทธ์ที่สูงกว่าปกติมากก็เป็นไปได้ในมหาสมุทรส่วนลึกของโลกเรือดำน้ำที่รักษาความดันภายในไว้ที่ 1 บรรยากาศ ขณะดำดิ่งที่ความลึก 10 บรรยากาศ (98 เมตร; คอลัมน์น้ำทะเล 9.8 เมตร มีน้ำหนักเทียบเท่ากับ 1 บรรยากาศ) นั้น มีประสิทธิภาพเสมือนห้องสุญญากาศที่ป้องกันแรงดันน้ำภายนอกที่กดทับอย่างรุนแรง แม้ว่า 1 บรรยากาศภายในเรือดำน้ำโดยปกติจะไม่ถือว่าเป็นสุญญากาศก็ตาม

ดังนั้น เพื่อให้เข้าใจการอภิปรายเกี่ยวกับการวัดสุญญากาศต่อไปนี้ได้อย่างถูกต้อง ผู้อ่านจำเป็นต้องสมมติว่าการวัดเชิงสัมพัทธ์นั้นกระทำบนโลก ณ ระดับน้ำทะเล ที่ความดันบรรยากาศโดยรอบ 1 บรรยากาศพอดี

หน่วยSIของความดันคือปาสคาล (สัญลักษณ์ Pa) แต่สุญญากาศมักวัดเป็นทอร์ซึ่งตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ชาวอิตาลี ทอร์ริเชลลี (ค.ศ. 1608–1647) หนึ่งทอร์เท่ากับปริมาตรของปรอทหนึ่งมิลลิเมตร ( mmHg ) ในมาโนมิเตอร์โดย 1 ทอร์เท่ากับ 133.3223684 ปาสคาล เหนือความดันศูนย์สัมบูรณ์ สุญญากาศมักวัดใน มาตรา บารอมิเตอร์หรือเป็นเปอร์เซ็นต์ของความดันบรรยากาศในหน่วย บาร์หรือบรรยากาศสุญญากาศต่ำมักวัดเป็นมิลลิเมตรปรอท (mmHg) หรือปาสคาล (Pa) ต่ำกว่าความดันบรรยากาศมาตรฐาน "ต่ำกว่าความดันบรรยากาศ" หมายความว่าความดันสัมบูรณ์เท่ากับความดันบรรยากาศปัจจุบัน

กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ เกจวัดสุญญากาศต่ำส่วนใหญ่ที่อ่านค่าได้ เช่น 50.79 Torr นั้น มักจะมีค่าความคลาดเคลื่อน และอาจรายงานค่าสุญญากาศ 0 Torr แต่ในทางปฏิบัติแล้ว โดยทั่วไปต้องใช้ปั๊มสุญญากาศแบบโรตารี่สองขั้นตอนหรือปั๊มสุญญากาศขนาดกลางชนิดอื่น ๆ เพื่อให้ได้ค่าสุญญากาศที่สูงกว่า (ต่ำกว่า) 1 Torr มาก

มีอุปกรณ์หลายชนิดที่ใช้ในการวัดความดันในสุญญากาศ ขึ้นอยู่กับช่วงของสุญญากาศที่ต้องการ^{[ 39 ]}

เกจวัดความดัน แบบไฮโดรสแตติก (เช่น มาโนมิเตอร์ แบบปรอท ) ประกอบด้วยคอลัมน์ของเหลวแนวตั้งในท่อที่มีปลายทั้งสองข้างสัมผัสกับความดันที่แตกต่างกัน คอลัมน์จะสูงขึ้นหรือลดลงจนกระทั่งน้ำหนักของมันสมดุลกับความแตกต่างของความดันระหว่างปลายทั้งสองข้างของท่อ การออกแบบที่ง่ายที่สุดคือท่อรูปตัวยูแบบปิดปลายด้านหนึ่ง ซึ่งเชื่อมต่อกับบริเวณที่ต้องการวัด สามารถใช้ของเหลวชนิดใดก็ได้ แต่ปรอทเป็นที่นิยมเนื่องจากมีความหนาแน่นสูงและความดันไอต่ำ เกจวัดความดันแบบไฮโดรสแตติกอย่างง่ายสามารถวัดความดันได้ตั้งแต่ 1 ทอร์ (100 ปาสคาล) ไปจนถึงสูงกว่าความดันบรรยากาศ รูปแบบที่สำคัญอย่างหนึ่งคือเกจแมคเลียดซึ่งแยกปริมาตรสุญญากาศที่ทราบค่าและบีบอัดเพื่อเพิ่มความสูงของคอลัมน์ของเหลว เกจแมคเลียดสามารถวัดสุญญากาศได้สูงถึง 10⁻⁶ ^ทอ  ร์ (0.1 มิลลิปาสคาล) ซึ่งเป็นการวัดความดันโดยตรงที่ต่ำที่สุดที่เป็นไปได้ด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบัน เกจวัดสุญญากาศอื่นๆ สามารถวัดความดันที่ต่ำกว่าได้ แต่เป็นการวัดทางอ้อมโดยการวัดคุณสมบัติอื่นๆ ที่ควบคุมด้วยความดัน การวัดทางอ้อมเหล่านี้จะต้องได้รับการสอบเทียบผ่านการวัดโดยตรง ซึ่งโดยทั่วไปคือเกจ McLeod ^{[ 40 ]}

คีโนโตมิเตอร์เป็นเกจวัดความดันไฮโดรสแตติกชนิดหนึ่ง ซึ่งโดยทั่วไปใช้ในโรงไฟฟ้าที่ใช้กังหันไอน้ำ คีโนโตมิเตอร์จะวัดความดันสุญญากาศในพื้นที่ไอน้ำของคอนเดนเซอร์ ซึ่งก็คือไอเสียของขั้นตอนสุดท้ายของกังหัน^{[ 41 ]}

เกจวัดความดัน แบบกลไกหรือแบบยืดหยุ่นอาศัยท่อบูร์ดอน ไดอะแฟรม หรือแคปซูล ซึ่งมักทำจากโลหะ โดยจะเปลี่ยนรูปร่างตามความดันในบริเวณที่ต้องการวัด เกจวัดความดันแบบคาปาซิแตนซ์ เป็นอีกรูปแบบหนึ่งของแนวคิดนี้ โดยไดอะแฟรมเป็นส่วนหนึ่งของตัวเก็บประจุ การเปลี่ยนแปลงของความดันจะทำให้ไดอะแฟรมโค้งงอ ส่งผลให้ค่าคาปาซิแตนซ์เปลี่ยนแปลง เกจเหล่านี้มีประสิทธิภาพในช่วงความดัน 10³ ^ทอ  ร์ ถึง 10⁻⁴ ^ทอ  ร์ และสูงกว่านั้น

เกจวัด ความดันแบบใช้การนำความร้อนอาศัยข้อเท็จจริงที่ว่าความสามารถในการนำความร้อนของก๊าซจะลดลงเมื่อความดันเพิ่มขึ้น ในเกจประเภทนี้ ลวดตัวนำจะถูกทำให้ร้อนโดยการปล่อยกระแสไฟฟ้าผ่าน จากนั้นจึงใช้เท อร์โมคัปเปิลหรือตัวตรวจจับอุณหภูมิแบบความต้านทาน (RTD) ในการวัดอุณหภูมิของลวดตัวนำ อุณหภูมินี้ขึ้นอยู่กับอัตราที่ลวดตัวนำสูญเสียความร้อนให้กับก๊าซโดยรอบ และดังนั้นจึงขึ้นอยู่กับค่าการนำความร้อน เก จแบบพิรานี (Pirani gauge) เป็นแบบที่นิยม ใช้กัน โดยใช้ลวดตัวนำแพลทินัมเส้นเดียวเป็นทั้งองค์ประกอบความร้อนและ RTD เกจเหล่านี้มีความแม่นยำในช่วงความดัน 10⁻³ ^torr  แต่มีความไวต่อองค์ประกอบทางเคมีของก๊าซที่กำลังวัด

เกจวัดความดันไอออนไนเซชันใช้ในสุญญากาศสูงมาก มีสองประเภทคือ แบบแคโทดร้อนและแบบแคโทดเย็น ใน แบบ แคโทดร้อนนั้น ไส้หลอดที่ได้รับความร้อนจากไฟฟ้าจะสร้างลำอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ผ่านเกจและทำให้โมเลกุลของก๊าซรอบๆ แตกตัวเป็นไอออน ไอออนที่เกิดขึ้นจะถูกรวบรวมไว้ที่ขั้วลบ กระแสไฟฟ้าขึ้นอยู่กับจำนวนไอออน ซึ่งขึ้นอยู่กับความดันในเกจ เกจแบบแคโทดร้อนมีความแม่นยำตั้งแต่ 10⁻³ ^torr  ถึง 10⁻¹⁰ ^torrหลักการของ แบบ แคโทดเย็นนั้นเหมือนกัน ยกเว้นว่าอิเล็กตรอนถูกสร้างขึ้นในกระบวนการปล่อยประจุที่เกิดจากการปล่อยประจุไฟฟ้าแรงสูง เกจแบบแคโทดเย็นมีความแม่นยำตั้งแต่ 10⁻² ^torr  ถึง 10⁻⁹ ^torr  การสอบเทียบเกจวัดความดันไอออนไนเซชันมีความไวต่อรูปทรงเรขาคณิตของโครงสร้าง องค์ประกอบทางเคมีของก๊าซที่วัด การกัดกร่อน และคราบสะสมบนพื้นผิวมาก การสอบเทียบอาจไม่ถูกต้องหากถูกกระตุ้นที่ความดันบรรยากาศหรือสุญญากาศต่ำ องค์ประกอบของก๊าซในสุญญากาศสูงมักจะคาดเดาไม่ได้ ดังนั้นจึงต้องใช้เครื่องสเปกโทรเมตรมวลร่วมกับเกจวัดการแตกตัวเป็นไอออนเพื่อการวัดที่แม่นยำ ^{[ 42 ]}

สุญญากาศมีประโยชน์ในกระบวนการและอุปกรณ์ต่างๆ มากมาย การใช้งานอย่างแพร่หลายครั้งแรกคือในหลอดไฟไส้เพื่อป้องกันไส้หลอดจากการเสื่อมสภาพทางเคมี ความเฉื่อยทางเคมีที่เกิดจากสุญญากาศยังมีประโยชน์สำหรับการเชื่อมด้วยลำอิเล็กตรอนการเชื่อมเย็นการบรรจุแบบสุญญากาศและการทอดแบบสุญญากาศสุญญากาศระดับสูงมากใช้ในการศึกษาพื้นผิวที่สะอาดระดับอะตอม เนื่องจากสุญญากาศที่ดีมากเท่านั้นที่จะรักษาพื้นผิวที่สะอาดระดับอะตอมไว้ได้นานพอสมควร (ตั้งแต่ไม่กี่นาทีถึงหลายวัน) สุญญากาศระดับสูงถึงสูงมากจะขจัดสิ่งกีดขวางของอากาศ ทำให้ลำอนุภาคสามารถตกตะกอนหรือกำจัดวัสดุได้โดยปราศจากการปนเปื้อน นี่คือหลักการเบื้องหลังการตกตะกอนด้วยไอเคมีการตกตะกอนด้วยไอทางกายภาพและการกัดแบบแห้งซึ่งมีความสำคัญต่อการผลิตสารกึ่งตัวนำและสารเคลือบทางแสงและวิทยาศาสตร์พื้นผิว การลดการพาความร้อนช่วยให้ ขวดเก็บความร้อน มีฉนวนกันความร้อน สุญญากาศระดับลึกช่วยลดจุดเดือดของของเหลวและส่งเสริมการระเหยของ ก๊าซที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งนำไปใช้ในการทำแห้งแบบแช่แข็งการเตรียมกาวการกลั่นโลหะวิทยาและการชำระล้างในกระบวนการผลิต คุณสมบัติทางไฟฟ้าของสุญญากาศทำให้ สามารถสร้าง กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนและหลอดสุญญากาศได้ รวมถึงหลอดรังสีแคโทดตัวตัดวงจรสุญญากาศใช้ในอุปกรณ์สวิตช์ไฟฟ้า กระบวนการ อาร์คสุญญากาศมีความสำคัญทางอุตสาหกรรมสำหรับการผลิตเหล็กบางเกรดหรือวัสดุที่มีความบริสุทธิ์สูง การกำจัดแรงเสียดทาน ของอากาศ มีประโยชน์สำหรับการจัดเก็บพลังงานแบบล้อหมุนและเครื่องเหวี่ยงความเร็วสูงพิเศษ

สุญญากาศมักใช้ในการสร้างแรงดูดซึ่งมีแอปพลิเคชันที่หลากหลายยิ่งกว่านั้นเครื่องยนต์ไอน้ำนิวโคเมนใช้สุญญากาศแทนแรงดันในการขับเคลื่อนลูกสูบ ในศตวรรษที่ 19 สุญญากาศถูกนำมาใช้ในการขับเคลื่อนบนรถไฟ บรรยากาศทดลอง ของอิซัมบาร์ด คิงดอม บรูเนลเบรกสุญญากาศเคยถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในรถไฟในสหราชอาณาจักร แต่ยกเว้นในรถไฟสายประวัติศาสตร์แล้ว เบรกสุญญากาศได้ถูกแทนที่ด้วยเบรก อากาศแล้ว

สุญญากาศในท่อร่วมไอดีสามารถใช้ขับเคลื่อนอุปกรณ์เสริมต่างๆในรถยนต์ได้ การใช้งานที่รู้จักกันดีที่สุดคือเซอร์โวสุญญากาศซึ่งใช้ในการช่วยเพิ่มกำลังให้กับเบรก การใช้งานที่ล้าสมัยไปแล้ว ได้แก่ ที่ปัดน้ำฝนที่ขับเคลื่อนด้วยสุญญากาศและ ปั๊มเชื้อเพลิง อัตโนมัติแบบสุญญากาศเครื่องมือวัดบางอย่างในเครื่องบิน ( เช่น ตัวบ่งชี้ทัศนคติ (AI)และตัวบ่งชี้ทิศทาง (HI) ) มักใช้พลังงานจากสุญญากาศ เพื่อป้องกันการสูญเสียเครื่องมือวัดทั้งหมด (ที่ใช้พลังงานไฟฟ้า) เนื่องจากเครื่องบินรุ่นแรกๆ มักไม่มีระบบไฟฟ้า และเนื่องจากมีแหล่งกำเนิดสุญญากาศสองแหล่งที่หาได้ง่ายในเครื่องบินที่กำลังเคลื่อนที่ คือ เครื่องยนต์และเวนทูรีภายนอก การหลอมด้วยการเหนี่ยวนำสุญญากาศใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าภายในสุญญากาศ

การรักษาภาวะสุญญากาศในคอนเดนเซอร์เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพของกังหันไอน้ำ โดยทั่วไปจะใช้ เครื่องพ่นไอน้ำหรือปั๊มสุญญากาศแบบวงแหวนของเหลวเพื่อจุดประสงค์นี้ ภาวะสุญญากาศที่รักษาไว้ในพื้นที่ไอน้ำของคอนเดนเซอร์ที่ทางออกของกังหัน (เรียกอีกอย่างว่าแรงดันย้อนกลับของคอนเดนเซอร์) จะอยู่ในช่วง 5 ถึง 15 กิโลปาสคาล (สัมบูรณ์) ขึ้นอยู่กับชนิดของคอนเดนเซอร์และสภาพแวดล้อม

การระเหยและการระเหิดในสุญญากาศเรียกว่าการปล่อยก๊าซวัสดุทุกชนิด ไม่ว่าจะเป็นของแข็งหรือของเหลว ล้วนมีแรงดันไอ เล็กน้อย และการปล่อยก๊าซจะมีความสำคัญเมื่อแรงดันสุญญากาศลดลงต่ำกว่าแรงดันไอ การปล่อยก๊าซมีผลเช่นเดียวกับการรั่วไหลและจะจำกัดระดับสุญญากาศที่สามารถทำได้ ผลิตภัณฑ์จากการปล่อยก๊าซอาจควบแน่นบนพื้นผิวที่เย็นกว่าใกล้เคียง ซึ่งอาจก่อให้เกิดปัญหาหากบดบังเครื่องมือทางแสงหรือทำปฏิกิริยากับวัสดุอื่น นี่เป็นเรื่องที่น่ากังวลอย่างยิ่งสำหรับภารกิจอวกาศ เพราะกล้องโทรทรรศน์หรือเซลล์แสงอาทิตย์ที่ถูกบดบังอาจทำให้ภารกิจที่มีค่าใช้จ่ายสูงล้มเหลวได้

ผลิตภัณฑ์จากการระเหยของก๊าซที่พบมากที่สุดในระบบสุญญากาศคือน้ำที่ซึมเข้าไปในวัสดุภายในห้องสุญญากาศ สามารถลดปริมาณน้ำที่ระเหยออกมาได้โดยการทำให้ห้องสุญญากาศแห้งหรืออบ และกำจัดวัสดุดูดซับออกไป น้ำที่ระเหยออกมาอาจควบแน่นในน้ำมันของปั๊มใบพัดหมุนและลดความเร็วสุทธิของปั๊มลงอย่างมากหากไม่มีการเติมก๊าซปรับสมดุล ระบบสุญญากาศสูงต้องสะอาดและปราศจากสารอินทรีย์เพื่อลดการระเหยของก๊าซให้น้อยที่สุด

ระบบสุญญากาศระดับสูงมากมักจะถูกอบ โดยควรทำในสภาวะสุญญากาศ เพื่อเพิ่มความดันไอของสารที่ปล่อยก๊าซทั้งหมดชั่วคราวและทำให้ระเหยออกไป เมื่อสารที่ปล่อยก๊าซส่วนใหญ่ระเหยออกไปและถูกดูดออกไปหมดแล้ว ระบบอาจถูกทำให้เย็นลงเพื่อลดความดันไอและลดการปล่อยก๊าซที่เหลืออยู่ระหว่างการใช้งานจริง ระบบบางระบบจะถูกทำให้เย็นลงต่ำกว่าอุณหภูมิห้องมากโดยใช้ไนโตรเจนเหลวเพื่อหยุดการปล่อยก๊าซที่เหลืออยู่และทำการปั๊มความเย็นระบบ ไปพร้อมกัน

โดยทั่วไปของเหลวไม่สามารถถูกดึงได้ ดังนั้นจึงไม่สามารถสร้างสุญญากาศได้ด้วยการดูดการดูดสามารถกระจายและเจือจางสุญญากาศได้โดยปล่อยให้ความดันที่สูงกว่าดันของเหลวเข้าไป แต่ต้องสร้างสุญญากาศขึ้นก่อนจึงจะเกิดการดูดได้ วิธีที่ง่ายที่สุดในการสร้างสุญญากาศเทียมคือการขยายปริมาตรของภาชนะ ตัวอย่างเช่นกล้ามเนื้อกระบังลมจะขยายช่องอก ซึ่งทำให้ปริมาตรของปอดเพิ่มขึ้น การขยายตัวนี้จะลดความดันและสร้างสุญญากาศบางส่วน ซึ่งในไม่ช้าก็จะถูกเติมเต็มด้วยอากาศที่ถูกดันเข้ามาโดยความดันบรรยากาศ

เพื่อให้สามารถดูดอากาศออกจากห้องได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่ต้องขยายขนาดอย่างไม่มีที่สิ้นสุด เราสามารถปิดช่องสุญญากาศซ้ำๆ ดูดอากาศออก และขยายช่องนั้นอีกครั้งได้ นี่คือหลักการเบื้องหลังปั๊มแบบแทนที่เชิงบวก เช่น ปั๊มน้ำแบบมือหมุนเป็นต้น ภายในปั๊ม กลไกจะขยายช่องเล็กๆ ที่ปิดสนิทเพื่อสร้างสุญญากาศ เนื่องจากความแตกต่างของความดัน ของเหลวบางส่วนจากห้อง (หรือจากบ่อในตัวอย่างของเรา) จะถูกดันเข้าไปในช่องเล็กๆ ของปั๊ม จากนั้นช่องของปั๊มจะถูกปิดผนึกจากห้อง เปิดสู่บรรยากาศ และบีบกลับไปให้มีขนาดเล็กจิ๋ว

The above explanation is merely a simple introduction to vacuum pumping, and is not representative of the entire range of pumps in use. Many variations of the positive displacement pump have been developed, and many other pump designs rely on fundamentally different principles. Momentum transfer pumps, which bear some similarities to dynamic pumps used at higher pressures, can achieve much higher quality vacuums than positive displacement pumps. Entrapment pumps can capture gases in a solid or absorbed state, often with no moving parts, no seals and no vibration. None of these pumps are universal; each type has important performance limitations. They all share a difficulty in pumping low molecular weight gases, especially hydrogen, helium, and neon.

The lowest pressure that can be attained in a system is also dependent on many things other than the nature of the pumps. Multiple pumps may be connected in series, called stages, to achieve higher vacuums. The choice of seals, chamber geometry, materials, and pump-down procedures will all have an impact. Collectively, these are called vacuum technique. And sometimes, the final pressure is not the only relevant characteristic. Pumping systems differ in oil contamination, vibration, preferential pumping of certain gases, pump-down speeds, intermittent duty cycle, reliability, or tolerance to high leakage rates.

In ultra high vacuum systems, some very "odd" leakage paths and outgassing sources must be considered. The water absorption of aluminium and palladium becomes an unacceptable source of outgassing, and even the adsorptivity of hard metals such as stainless steel or titanium must be considered. Some oils and greases will boil off in extreme vacuums. The permeability of the metallic chamber walls may have to be considered, and the grain direction of the metallic flanges should be parallel to the flange face.

The lowest pressures currently achievable in laboratory are about 1×10⁻¹³ torrs (13 pPa).^[43] However, pressures as low as 5×10⁻¹⁷ torrs (6.7 fPa) have been indirectly measured in a 4 K (−269.15 °C; −452.47 °F) cryogenic vacuum system.^[4] This corresponds to ≈100 particles/cm³.

มนุษย์และสัตว์ที่สัมผัสกับสุญญากาศจะหมดสติหลังจากไม่กี่วินาทีและเสียชีวิตจากภาวะขาดออกซิเจนภายในไม่กี่นาที แต่อาการจะไม่รุนแรงอย่างที่มักปรากฏในสื่อและวัฒนธรรมสมัยนิยม การลดความดันจะทำให้อุณหภูมิที่เลือดและของเหลวในร่างกายเดือดลดลง แต่แรงดันยืดหยุ่นของหลอดเลือดทำให้จุดเดือดนี้ยังคงอยู่เหนืออุณหภูมิภายในร่างกายที่37 °C ^{[ 44 ]}แม้ว่าเลือดจะไม่เดือด แต่การเกิดฟองก๊าซในของเหลวในร่างกายที่ความดันลดลง ซึ่งเรียกว่าebullismยังคงเป็นเรื่องที่น่ากังวล ก๊าซอาจทำให้ร่างกายบวมเป็นสองเท่าของขนาดปกติและทำให้การไหลเวียนโลหิตช้าลง แต่เนื้อเยื่อมีความยืดหยุ่นและมีรูพรุนเพียงพอที่จะป้องกันการแตก^{[ 45 ]}การบวมและ ebullism สามารถควบคุมได้โดยการกักเก็บไว้ในชุดความดัน นักบินอวกาศ ของกระสวยอวกาศสวมใส่ชุดยืดหยุ่นที่พอดีตัวที่เรียกว่าชุดป้องกันความสูงของลูกเรือ (CAPS) ซึ่งป้องกัน ebullism ที่ความดันต่ำถึง 2 kPa (15 Torr) ^{[ 46 ]}การต้มอย่างรวดเร็วจะทำให้ผิวหนังเย็นลงและเกิดน้ำแข็งเกาะ โดยเฉพาะในปาก แต่สิ่งนี้ไม่เป็นอันตรายอย่างมีนัยสำคัญ

การทดลองกับสัตว์แสดงให้เห็นว่าการฟื้นตัวอย่างรวดเร็วและสมบูรณ์เป็นเรื่องปกติสำหรับการสัมผัสที่สั้นกว่า 90 วินาที ในขณะที่การสัมผัสทั่วร่างกายเป็นเวลานานกว่านั้นจะเป็นอันตรายถึงชีวิต และการช่วยชีวิตก็ไม่เคยประสบความสำเร็จ^{[ 47 ]}การศึกษาโดย NASA ในลิงชิมแปนซี 8 ตัวพบว่าพวกมันทั้งหมดรอดชีวิตจากการสัมผัสสุญญากาศเป็นเวลา 2 นาทีครึ่ง^{[ 48 ]}มีข้อมูลจำกัดเกี่ยวกับอุบัติเหตุของมนุษย์ แต่ก็สอดคล้องกับข้อมูลจากสัตว์ แขนขาอาจสัมผัสกับสุญญากาศได้นานกว่านั้นมากหากการหายใจไม่บกพร่อง^{[ 49 ]}โรเบิร์ต บอยล์เป็นคนแรกที่แสดงให้เห็นในปี 1660 ว่าสุญญากาศเป็นอันตรายถึงชีวิตต่อสัตว์ขนาดเล็ก

การทดลองแสดงให้เห็นว่าพืชสามารถอยู่รอดได้ในสภาพแวดล้อมที่มีความดันต่ำ (1.5 kPa) เป็นเวลาประมาณ 30 นาที^{[ 50 ] [ 51 ]}

บรรยากาศที่เย็นหรือมีออกซิเจนสูงสามารถดำรงชีวิตได้ที่ความดันต่ำกว่าความดันบรรยากาศมาก ตราบใดที่ความหนาแน่นของออกซิเจนใกล้เคียงกับความหนาแน่นของบรรยากาศระดับน้ำทะเลมาตรฐาน อุณหภูมิอากาศที่เย็นกว่าที่พบในระดับความสูงไม่เกิน 3 กม. โดยทั่วไปจะชดเชยความดันที่ต่ำกว่าในบริเวณนั้น^{[ 49 ]}เหนือระดับความสูงนี้ จำเป็นต้องเพิ่มปริมาณออกซิเจนเพื่อป้องกันโรคแพ้ความสูงในมนุษย์ที่ไม่ได้ปรับตัว มาก่อน และจำเป็นต้องใช้ชุดอวกาศ เพื่อป้องกันภาวะฟองอากาศในอากาศที่ระดับความสูงเกิน 19 กม. ^{[ 49 ]} ชุดอวกาศส่วนใหญ่ใช้ออกซิเจนบริสุทธิ์เพียง 20 kPa (150 Torr) ความดันนี้สูงพอที่จะป้องกันภาวะฟองอากาศในอากาศได้ แต่โรคจากการลด ความดัน และภาวะฟองอากาศอุดตันยังคงเกิดขึ้นได้หากไม่ได้จัดการอัตราการลดความดัน

การลดความดันอย่างรวดเร็วอาจเป็นอันตรายมากกว่าการสัมผัสกับสุญญากาศเสียอีก แม้ว่าผู้ป่วยจะไม่กลั้นหายใจ การระบายอากาศผ่านหลอดลมอาจช้าเกินไปจนทำให้ถุงลมใน ปอดแตก ซึ่ง อาจถึงแก่ชีวิตได้ ^{[ 49 ]}เยื่อแก้วหู และโพรง จมูกอาจแตกได้จากการลดความดันอย่างรวดเร็ว เนื้อเยื่ออ่อนอาจฟกช้ำและมีเลือดซึมออกมา และความเครียดจากภาวะช็อกจะเร่งการบริโภคออกซิเจนจนนำไปสู่ภาวะขาดออกซิเจน^{[ 52 ]}การบาดเจ็บที่เกิดจากการลดความดันอย่างรวดเร็วเรียกว่าบาโรทรามาการลดลงของความดัน 13 kPa (100 Torr) ซึ่งจะไม่ก่อให้เกิดอาการใดๆ หากค่อยเป็นค่อยไป อาจถึงแก่ชีวิตได้หากเกิดขึ้นอย่างฉับพลัน^{[ 49 ]}

จุลินทรีย์ที่ ทนต่อ สภาวะสุดขั้ว บางชนิดเช่นทาร์ดิเกรดสามารถอยู่รอดได้ในสภาวะสุญญากาศเป็นเวลาหลายวันหรือหลายสัปดาห์^{[ 53 ]}

Wikiquote มีคำคมที่เกี่ยวข้องกับเรื่องสุญญากาศ

ลองค้นหาคำว่า "vacuum"ใน Wiktionary ซึ่งเป็นพจนานุกรมออนไลน์ฟรี

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับเครื่องดูดฝุ่น

• Leybold – หลักการพื้นฐานของเทคโนโลยีสุญญากาศ (PDF)
• วิดีโอเกี่ยวกับธรรมชาติของสุญญากาศโดย ดร. พี นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ชาวแคนาดา
• พื้นฐานของเทคโนโลยีการเคลือบด้วยระบบสุญญากาศ
• สมาคมเครื่องดูดฝุ่นอเมริกัน
• วารสารวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสุญญากาศ A
• วารสารวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสุญญากาศ B
• คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการลดความดันอย่างรวดเร็วและการสัมผัสกับสุญญากาศ
• การอภิปรายเกี่ยวกับผลกระทบของการสัมผัสกับสุญญากาศระดับสูงต่อมนุษย์
• Roberts, Mark D. (2000). "พลังงานสุญญากาศ". ฟิสิกส์พลังงานสูง – ทฤษฎี : hep–th/0012062. arXiv : hep-th/0012062 . Bibcode : 2000hep.th...12062R .
• สุญญากาศ การผลิตอวกาศ
• "เรื่องวุ่นวายไร้สาระ" โดยศาสตราจารย์ จอห์น ดี. แบร์โรว์ แห่งวิทยาลัยเกรแชม
• ดาวน์โหลดหนังสือ The Structured Vacuum – thinking about nothingโดย Johann Rafelskiและ Berndt Muller (1985) ในรูปแบบ PDF ได้ฟรีISBN 3-87144-889-3.