진공: 두 판 사이의 차이

== 역사속의역사 속의 진공 ==

고대 그리스 철학자들은 원자설을[[원자설]]을 바탕으로 빈 공간과 진공의 존재성에 대해 많은 토론을 했다. 특히 [[플라톤]]은 진공이라는 개념을 상당히 추상적인 개념으로 보고 많은 사람들에게 알렸지만, 진공의 추상적인 개념은 실질적이지 못하다는 이유때문에이유 때문에 한계를 맞게된다. 이것은 의미나 느낌으로 이해할 수가 없었고, 물리적 부피이외에는[[부피]]이외에는 그에 대해 더 이상의 설명을 할 수 없었다. 아리스토텔레스는[[아리스토텔레스]]는 밀도가[[밀도]]가 높은 주의의 물질의 연속체들이 신속하게 초기의 희박함을 채울 것이기 때문에 자연적으로 진공이 생길 수 없다고 믿었다. 그의 저서 ''[[Physics (Aristotle)|Physics]]'' 중 4번째 책을 보면 아리스토텔레스는 진공에 대해 여러 가지를 주장을 했다는 것을 알 수 있다. 그는 저항이 없는 매질을[[매질]]을 통과하는 움직임은 움직임이 중간에 멈춰야 할 이유가 없기 때문에끊임없이때문에 끊임없이 계속 되어야 한다고 말했다. 루크레티우스는[[루크레티우스]]는 기원전 1세기에 진공의 존재성에 대해 논했고, 헤론은[[헤론]]은 1세기에 직접 진공을 만들려고 노력했지만 실패했다.<ref name="genz">{{Cite book| last =Genz | first =Henning | publication-date =1999 | year =1994 | title =Nothingness, the Science of Empty Space | edition =translated from German by Karin Heusch | place =New York | publisher =Perseus Book Publishing | isbn =978-0-7382-0610-3 | oclc =48836264 }}</ref>

[[베이컨]], 블라시우스, 월터 벌리 등의 유럽 의 13, 14세기 학자들은 진공과 관련된 이슈들에 상당한 관심을 가졌다. 예를 들어, [[Stoic physics]]를 보면, 14세기의 학자들은 아리스토텔레스 진공은 연속적이어서 생길 수가 없다는 관점을 벗어났다는 것을 알 수 있다. 이러한 진공에 대한 생각들은 후에 17세기에 진공에 대한 자연적 관심과 이론적 관심들을 분리시키는데 도움을 주었다.<ref name="Barrow2002">{{cite book |first=J.D. |last=Barrow |year=2002 |title=The Book of Nothing: Vacuums, Voids, and the Latest Ideas About the Origins of the Universe |series=Vintage Series |publisher=Vintage |isbn=9780375726095 |lccn=00058894 |url=http://books.google.com/books?id=sU_K0wbBeugC&pg=PA77 |pages=71–72,77}}</ref>

중세의 중앙아시아에서, 이슬람 물리학자 [[알 파라비]](Al-Farab)(Alpharabius, 872-950)는 진공에 관한 작은 실험을 했다. 그는 물 위에서 뜬 플런저를[[플런저]]를 관찰했는데 결론적으로, 공기의 부피는 가능한 공간을 모두 채울 수 있게 확장할 수 있다고 주장했다.<ref>{{Cite book| publisher = AZP (ZMD Corporation) | isbn = 978-0-9702389-0-0 | last = Zahoor | first = Akram | title = Muslim History: 570-1950 C.E. | location = Gaithersburg, MD | year = 2000}}{{Self-published inline|date=December 2009}}</ref><ref>[http://plato.stanford.edu/entries/arabic-islamic-natural Arabic and Islamic Natural Philosophy and Natural Science], ''[[Stanford Encyclopedia of Philosophy]]''</ref> 그래서 그는 완벽한 진공에 대한 개념은 모순이라고 주장했다. 그러나 [[Nader El-Bizri과Bizri]]과 물리학자 [[Ibn al-Haytham]] (Alhazen, 965-1039), 그리고 신학자 Mu'tazili는 아리스토텔레스와 알파라비의 주장에 대해 반대했고, 그들은 진공의 존재를 주장했다. 기하학을[[기하학]]을 사용해서, Ibn al-Haytham은 수학적으로 공간은 본체를 포함한 안쪽면 사이에 있는 3차원 빈 공간이라는 것을 증명했다.<ref>{{Cite journal|last=El-Bizri |first=Nader |year=2007 |title=In Defence of the Sovereignty of Philosophy: Al-Baghdadi's Critique of Ibn al-Haytham's Geometrisation of Place |journal=Arabic Sciences and Philosophy |volume=17 |pages=57–80 |publisher=[[Cambridge University Press]] |doi=10.1017/S0957423907000367 }}</ref> Ahmad Dallal에 의해, Abū Rayhān al-Bīrūnī 또한 “ 진공의 가능성을 배제하는 증거는 찾을 수 없다”(there is no observable evidence that rules out the possibility of vacuum)라고 말했다."<ref name=Dallal>{{Cite web|first=Ahmad|last=Dallal|year=2001–2002|title=The Interplay of Science and Theology in the Fourteenth-century Kalam|publisher=From Medieval to Modern in the Islamic World, Sawyer Seminar at the [[University of Chicago]] |url=http://humanities.uchicago.edu/orgs/institute/sawyer/archive/islam/dallal.html |accessdate=2008-02-02}}</ref> 흡입 펌프는 나중에 15세기 유럽에서 만들어졌다.<ref name=Hill2>[[Donald Routledge Hill]], "Mechanical Engineering in the Medieval Near East", ''Scientific American'', May 1991, pp. 64-69 ([[cf.]] [[Donald Routledge Hill]], [http://home.swipnet.se/islam/articles/HistoryofSciences.htm Mechanical Engineering])</ref><ref>{{Cite web|author=Ahmad Y Hassan|title=The Origin of the Suction Pump: Al-Jazari 1206 A.D|url=http://www.history-science-technology.com/Notes/Notes%202.htm|accessdate=2008-07-16|authorlink=Ahmad Y Hassan}}</ref><ref>[[Donald Routledge Hill]] (1996), ''A History of Engineering in Classical and Medieval Times'', [[Routledge]], pp. 143 & 150-2.</ref>

====[[토리첼리]]<ref> [http://www.mcallister.com/vacuum.html] .</ref> ====

참고로, 1643년 이탈리아의 물리학자 토리첼리는 [[수은]] 기둥을 이용해 다음과 같은 실험을 고안하였다.

====[[데카르트]]====

데카르트는 파스칼에게[[파스칼]]에게 기압계를[[기압계]]를 산 산위에위에 가져가보라고 조언을 해준 적이 있다. 하지만 데카르트는 토리첼리의 수은 기둥 실험에서 수은 위의 빈공간이빈 공간이 진공이라는 생각을 받아들이지 않았다. 그가 가지고 있던 생각의 주는 공간 사이엔 진공 상태가 되려고 하는 것을 방해하는 다른 미세한 성분들이 존재한다는 것이었다. 실제로 파스칼을 대신하여 파스칼의 처남이 기압계를 들고 산을 올라가보았고, 점점 올라갈 수록 대기가 엷어져서 점점 진공이 되간다고 결론을 내렸다. 이에 반해, 데카르트는 그 미세한 성분들이 대기 너머에 까지 우주 전체에 골고루 존재하기 때문에 이 세상에 어디에서도 진공은 찾을 수 없다고 주장했다. 데카르트는 자신의 주장으로 보편 유체라는 미세한 입자들이[[입자]]들이 우주 전체에 퍼져있고 우주 속에서 행성들이[[행성]]들이 보편 유체의 소용돌이에 의해서 다른 곳으로 운반 즉 움직인다는 소용돌이이론을 제시한다. 지구를 포함한 여러 행성들이 움직일 수 있는 것은 지구를 중심으로 감싸고 있는 유체들의 소용돌이라고 설명하였다. 데카르트는 이러한 이론을 제시할 정도로 진공의 개념을 혐오했다고 볼 수 있다.

====오토 본 [[괴리케]]====

1654년, 오토 본 게리케는 첫 진공펌프를 발명했다. 그리고 그는 [[마그데부르크 반구에반구]]에 대한 실험을 했다.

# 두 구리로[[구리]]로 된 지름 40cm의 반구 두 개를 합쳐놓고 그 속의 공기를 자신이 발명한 진공펌프로 빼내었다.

====[[파스칼]]====

====[[호이겐스]]====

호이겐스는 [[파동]] 이론으로 많이 알려져 있지만, 그는 진공 연구에 있어서도 많은 진전을 일궈내었다. 그는 최초로 현실적인 보급가능한 진공펌프를 개발하는데 성공한다.

로버트 보일은[[보일]]은 이 디자인을 발전시켜 연구했다. 그 뒤 1850년까지 부분 진공에 대한 연구가 진전이 없다가 그 이후 도플러가[[도플러]]가 도플러 펌프를 발명하고, 하인리치 게이슬러가[[게이슬러]]가 수은 펌프를 1855년에[[1855]]년에 발명했다. 이는 10Pa에 해당하는 부분 진공을 가졌다. 그 후에 그전까지는 대기상에서 진행되었던 전기실험들을 진공 상태에서 행할 수 있게 되었고, 이는 이후에 오는 과학 혁명에 큰 기여를 했다.

====[[마이컬슨]]-몰리의[[몰리]]의 실험====

마이컬슨과 몰리는 지구의 공전방향으로 줄지어 세운 거울과 그 것과는 직각을 이루며 세워진 거울들 사이로 광선이 지나가게 하였고,거울 사이를 튕겨져 나온 빛들을 다시 간섭현상을[[간섭현상]]을 일으키게 하여 과연 간섭무늬가 생기는지를 관찰하였다. 사실 그전까지 우주 공간을 에테르가[[에테르]]가 채우고 있다고 생각하였기 때문에, 또한 지구에 대한 빛의 상대속도가 있기 때문에 간섭이 일어나는 것이 정상적인 현상이 된다. 하지만 결과적으로 간섭현상이 일어나지 않았고, 우주 공간이 에테르로 채워져 있다는 과거의 가설에 의문을 품게 된다.

====피츠제럴드와[[피츠제럴드]]와 [[로렌츠]]====

====[[디락]]<ref> [http://navercast.naver.com/contents.nhn?contents_id=1901] </ref>====

# 모든 전자들은 같은 에너지 상태에 여러개가 존재할 수 없다는 [[파울리의 배타원리를배타원리]]를 따른다.

====[[음극선]] 실험과 진공<ref> [http://navercast.naver.com/contents.nhn?contents_id=174] </ref> ====

음극선관을 처음으로 연구하기 시작한 사람은 [[패러데이]] 이다. 19세기말에 높은 전압을[[전압]]을 유리관의 각 끝에 있는 금속판에 걸게 되면 유리관 안에 방전현상이[[방전]]현상이 일어나고 번쩍거리는 현상을 발견하였다. 이 사실은 당시에 엄청난 과학적 관심을 불러일으켰었다. 양극판 사이에 흐르는 방전효과라고 과학자들은 보고 그 현상을 '음극선'이라고 명명하였다. 이러한 음극선은 유리관안에 공기가 많이 들어있으면 방해를 받아 잘 흐르지 못했다. 그리하여 과학자들이 유리관 안의 공기를 진공펌프를 이용하여 빼내었고 그것이 음극선관의 시초이다. 진공기술이 좋지 않았던 초기의 음극선관은 성능이 좋지 않았다. 독일의 유리 기구 제작자이며 엔지니어였던 가이슬러가[[가이슬러]]가 비로소 진공 기술을 높인 음극선관을 만들어 음극선관을 만들었고 이를 가이슬러관이라고 부르게 되었다. 가이슬러관이 발명되어서 비로소 음극선의 흐름이 제대로 관찰될 수 있었다/. 이후에 영국의 크룩스가[[크룩스]]가 가이슬러관의 진공도보다 더 높은 진공도를 갖는 음극선관을 개발하였는데 이를 크룩스관이라고 부른다.

과학자들은 이후에 이러한 음극선관을 이용하여 음극선이 과연 전하의 흐름인가에 대한 해답을 제시할 수 있는 여러 가지 실험을 하였다. 먼저 헤르츠가[[헤르츠]]가 1880년대[[1880]]년대 실험을 해보았고 음극선이 전하의[[전하]]의 흐름이 아니라고 결론지었다. 그 이유는 음극선에 전기장을[[전기장]]을 걸어주었을 때 음극선이 편향되지 않았었기 때문이었다. 하지만 이 결론 역시 음극선관의 진공도가 좋지 않았기 때문이었다. 그 이후에 톰슨은[[톰슨]]은 입자의 빔이 맞다는 사실을 실험으로 보여주게 된다.

진공펌프는 진공을 이용해 유체등을[[유체]]등을 끌어올리는 펌프를 의미한다. 진공을 만드는 방법에는 먼저 용기의 부피를 늘리는 방법이 있다. 그 예로 인체가 인위적으로 횡격막을[[횡격막]]을 늘리게 되면 폐의 부피가 그에 따라 늘어나게 되어 공기가 인체 내로 유입되게 된다. 이러한 인체의 호흡과정도 진공펌프라고 볼 수 있다.

방금까지 설명한 것들은 그저 진공펌프의 기본적인 원리들과 진공펌프의 일부분을 소개한 것에 지나지 않는다. 그 외에도 다양한 용적펌프를 포함한 다른 펌프들이 개발되어왔다. 실제로 운동량 전달 펌프는 용적 펌프보다 훨씬 좋은 효율을 가지게 된다.

초고진공계에서는 공기가 새는 세밀한 경로나, 아웃게싱이 일어나는 원인 물질등 많은 것이 고려 되어야 한다. 백금족 원소 팔라듐과 알루미늄의 흡습성, 스테인리스 철과 티타늄의[[티타늄]]의 흡착성은 분명히 초고진공계를 구성하는데에 고려가 되어야 한다. 뿐만아니라, 기계를 구성하는데 필수적인 윤활유들도 아웃게싱을 일으킬 수 있으므로 분명히 고려되어야 한다. 큰 영향력을 행사하지는 않지만, 진공계의 용기의 벽의 투과성과 이음부분의 플랜지의 이음방향 역시 고려는 되어야 한다.

진공으로 일어나는 [[기화]] 혹은 승화를[[승화]]를 아웃게싱이라고 한다. 모든 물질들은 모두 자신들의 고유의 증기압을[[증기압]]을 가지고 있다. 압력이[[압력]]이 점점 낮아지다가 증기압보다 낮아지면 물질들은 기화를 시작한다. 사실 인공적인 계에서 아웃게싱 효과가 일어나는 것은 진공에 기체가 점점 들어오는 효과와 비슷하므로, 진공계에 액체나[[액체]]나 기체가[[기체]]가 새는 틈이 생긴 것과 동일한 상황이다. 그렇기 때문에 진공계를 구성하는 물질의 아웃게싱 효과로 인해 인공적으로 완벽한 진공을 만드는 것이 불가능해진다. 또 다른 문제는 응축현상인데, 이러한 아웃게싱 효과로 인해 기화 또는 승화된 기체들이 상대적으로 차가운 표면에 응축하게[[응축]]하게 되는 현상을 말한다. 이것이 문제가 되는 이유는 만약 그 응축되는 표면이 광학기구라면 정상작동에 에러를 주고, 그 표면이 반응물질이라면 반응이 정상적으로 진행되는데에 장애를 주게 되기 때문이다. 특히 이러한 응축현상은 우주선에 있는 비싼 기구들에 장애를 주는 아주 심한 문제로 제기되고 있다.

이러한 심한 문제를 낮는 현상에 있어서, 가장 번번히 관찰되는 아웃게싱 물질은 흡습성을 지닌 물질들이 가지고 있는 물 그 자체이다. 이러한 물들은 물질은 건조시키거나 가열하는 것으로, 또는 그 물질에 흡습성을 갖는 표면 구조를 변화시키는 방향으로 줄일수 있다. 아웃게싱된 물들이 특히 수송을 할 때 편리하게 사용할 수 있는 로타리 펌프에 응축되면 그 펌프의 회전속도를 낮추어 수송능력을 현저하게 저하시키는 원인이 되기도 한다. 이러한 물에 의한 아웃게싱 효과가 번번하기 때문에 고진공계는 반드시 유기물들을[[유기물]]들을 최대한 제거해야 한다.

일반적으로 증기압은 온도에 비례한다. 그리하여, 초고진공계는 보통 진공상태에서 가열을 충분히 시켜서 모든 불순물들의 증기압을 높여버려서 증기로 만들어버린다음에 제거해버린다. 불순물들을 이러한 방식으로 제거하고 난다음 다시 초고진공계를 식히면, 그 계를 이용한 작업을 할때 일어나는 장애들을 최대한 줄일 수 가 있다. 뿐만아니라 식히는 과정에서 액체질소등[[액체질소]]등 아주 온도가 낮은 물질들로 식히게 되면 초고진공계의 온도가 떨어지게 되어 증기압이 상당히 낮아지게 때문에 계에서 일어나는 아웃게싱 효과를 더 줄일 수가 있다.<ref>{{서적 인용