検索この項目では、物理学について説明しています。(曖昧さ回避)」をご覧ください。この記事は検証可能な参考文献や出典が全く示されていないか、不十分です。出典を追加して記事の信頼性向上にご協力ください。(2011年7月)真空(しんくう、英語:vacuum)は、物理学の概念で、圧力が大気圧より低い空間状態のこと。意味的には、古典論と量子論で大きく異なる。真空の定義[編集]古典論における真空[編集]古典論において、真空は「何も無い状態」である。実用的には次の二つに大別される。負圧:標準大気圧より圧力が低い状態。よって圧力の段階ごとに区分されている。°C時で2.69×1019個も存在する。cm3に数千個の気体分子が存在することになる。外宇宙と呼ばれる銀河と銀河の間でも気体分子は存在するとされている。負圧は、しばしば俗に「真空度が良い」「真空度が悪い」「真空度が駄目」などという使い方をされる[要出典]。真空度とは圧力でも表されるがその場合は言葉のイメージと表現が逆になるので注意が必要である(例:真空度が良い=圧力が低い)。真空ポンプを用いて真空を得ることができる。Torr(トル)が用いられてきたが、SI単位系への統一に伴い、Pa(パスカル)に移行しつつある。量子論における真空は、決して「何もない」状態ではない。常に電子と陽電子の仮想粒子としての対生成や対消滅が起きている。後の物理学者により、この概念(空孔理論)は拡張、解釈の見直しが行われている。現在の場の量子論では、真空とは、十分な低温状態下を仮定した場合に、その物理系の最低エネルギー状態として定義される。粒子が存在して運動していると、そのエネルギーが余計にあるわけであるから、それは最低エネルギー状態でない。よって十分な低温状態下では粒子はひとつもない状態が真空である。場の期待値はゼロでない値を持ちうる。それを真空期待値という。ヒッグス場がゼロでない値をもっていることが、電子に質量のあることの原因となっている。JISにおける真空[編集]「大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間内の状態」とされている。これは1気圧に対してではなく、周囲の圧力に対して減圧された状態を示しており工業的に利用できる圧力として定義されている。Vacuum)という領域も使用されるときもあるがJISでは認められていない。真空をめぐる歴史[編集]真空の存在については古代ギリシア時代から、論争が繰り広げられてきた。デモクリトスの原子論では、万物の根源である粒子アトム(atom)が、無限の空虚な空間であるケノン(kenon)の中で運動しているとして、真空の存在を認めていたが、アリストテレスは「自然は真空を嫌う」(真空嫌悪)と述べ、空間は必ず何らかの物質が充満しているとして、真空の存在を認めなかった[3]。これに対してストラトンは、空気を圧縮する実験によって、原子の距離を縮め得る余地(すなわち原子が存在しない空間=真空)の存在を主張した。この議論に決着がついたのは17世紀に入ってからであった。1643年にエヴァンジェリスタ・トリチェリは、一方の端が閉じたガラス管に水銀を満たし、このガラス管を立てると、水銀柱は約76cmとなり、それより上の部分が真空になっていることを発見した。オットー・フォン・ゲーリケは1657年、ブロンズ製の半球を2つ合わせて中空の球にして、内部の空気を抜いて真空にするという実験を行った。この2つの半球はぴったりとくっ付き、16頭の馬で引っ張ることでようやく外すことができた。この実験はマクデブルクの半球として知られている。これらは真空の発見であると同時に、気圧の発見でもあった。何も存在しない以上、その空間が何らかの吸引力を発揮するわけがなく、周囲の空間からの圧力を想定しないわけにはいかないからである。真空が一般化していくのは18世紀に入ってからである。この時期様々な真空ポンプが開発され、蒸気機関や、排水ポンプ、紡績機械などの動力に利用されるようになった。19世紀に入ると白熱電球や、真空管などが開発されることで一般に「真空」という名称が広がっていくことになる。それらの開発、製造のためのより高性能の真空ポンプの開発が進むようになった。20世紀に入ると電球、真空管の進歩や、真空中における技術の発展により、粒子加速器や電子顕微鏡など真空を利用した機器の発達、また電子やイオンに関係する新たな知識、技術が生まれていった。一方で食品や鉄鋼などの産業に真空が利用されるようになると真空ポンプや真空計、真空部品などが産業化され発展していった。1953年にB-Aゲージが開発されると今まで測定できなかった超高真空が測定可能となり超高真空に対応した真空ポンプや真空部品が発展していくことになる。現在における代表的真空利用はシリコンウェハーへ様々なプロセスを経て形成する集積回路を製造する半導体製造工程である。この半導体産業の発展により真空関連産業は急速に発展し、今では多くの産業を支える基盤産業として貢献している。大気中にある容器内を真空にするために各種の真空ポンプを使用する。Pa程度の真空は、ロータリーポンプで手軽に得ることができる。真空デシケーター等ではこの程度の真空で十分である。Pa程度の真空度が求められる。このような場合、真空用材料で製作された真空チャンバーと銅ガスケットを用い、ターボ分子ポンプ(TMP)で排気することにより達成できる。Pa台の超高真空が求められる場合は、達成に更に多くの工程が必要となる。真空チャンバーをターボ分子ポンプ(TMP)で高真空状態にした後、真空チャンバー全体を加熱(ベーキング)して、チャンバ内壁に付着した気体分子を排除する必要がある。排気は大排気量のターボ分子ポンプ(TMP)のみでも可能であるが、多くの場合はイオンポンプやゲッターポンプが用いられる。MBE用の真空チャンバーでは、チャンバー内で蒸着を行うため、チャンバーの壁面に液体窒素シュラウドを設け、壁面を冷却することで内部に残留した気体分子を固着させ、真空度を上げる手法も用いられている。容積Vを排気速度Sのポンプで排気したときの圧力p=p0exp(−St/V)となる。t=0でp=p0とする。コンダクタンスC1のパイプの長さをm倍にすると、コンダクタンスはC1/mになる。真空を計るとは真空になっている空間の圧力を測定するということである。真空を初めて測定したのは1643年、トリチェリが発明した水銀気圧計による。現在までに多くの真空計が発明されてきたが、現在では大気圧からおよそ16桁に及ぶ広い範囲を測定することができるようになっている。これらの真空計は測定原理から大きく2つに分けることができる。一つは測定領域に接している固体表面に対して気体分子が及ぼす力を直接計る絶対圧計測型。一つは気体分子の密度に依存して変化する物理量(熱や電流)を測定し圧力に換算する分子密度型である。cm3中に含まれる気体分子の数は2.69×1019個である。温度が一定なら単位体積当たりの気体分子の数は圧力により比例する。cm3の空間に数十個の気体分子が存在している。気体中で多くの分子がばらばらの速度で無秩序に飛び回っている。これを統計的に見ると定常状態ではある一定の分布を示す。これをマクスウェルの速度分布則と呼ばれる。真空中では1気圧の気体と違い圧力領域により気体の振る舞いが変わってくる。気体とは1気圧中では連続流体として扱われるが、厳密には勝手に飛び回る分子の集まりである。分子は小さいながらも大きさを持っているので、移動中に他分子と衝突する。衝突することで方向と速度を変え、再び別の分子に衝突する。