En fiziko, **libera spaco** aŭ **vakuo de libera spaco** estas koncepto de elektromagneta teorio, respektiva al teorie perfekta vakuo.

La difinoj de la ampero kaj metro estas bazitaj sur mezuroj ĝustigitaj por esti kvazaŭ en libera spaco.

Propraĵoj de libera spaco
-------------------------

La koncepto de libera spaco estas abstraktaĵo de naturo, referenca stato kiu estas neatingebla en praktiko, simile al la absoluta nulo de temperaturo. Ĝi estas karakterizita per la *difinita* valoro de la parametro *magneta konstanto* *μ0*, kaj la *difinita* valoro de la lumrapideco, *c0*. Laŭ la speciala teorio de relativeco, ĉi tiu rapido estas sendependa de rapido de la rigardanto kaj de rapido de la fonto.

Surbaze de ĉi tiuj difinitaj valoroj kaj ekvacioj de Maxwell, la parametro *elektra konstanto* *ε0* havas valoron

{\displaystyle \varepsilon \_{0}={\frac {1}{\mu \_{0}{c\_{0}}^{2}}}}
La parametro *ε0* ankaŭ estas en esprimo por la konstanto de maldika strukturo *α*, kiu karakterizas la fortecon de la elektromagneta interago.

En la referenca stato de libera spaco, laŭ ekvacioj de Maxwell, elektromagnetaj ondoj de ĉiuj elektromagnetaj spektraj frekvencoj (inter ili radiaj ondoj kaj videbla lumo) ĉiuj propagi je la lumrapideco *c0*. La elektra kaj magneta kampoj en ĉi tiuj ondoj estas rilatantaj per la karakteriza impedanco de libera spaco *Z0*:

{\displaystyle Z\_{0}=\mu \_{0}c\_{0}={\sqrt {\frac {\mu \_{0}}{\varepsilon \_{0}}}}}
Aldone, en libera spaco veras la principo de lineara kompono de potencialoj kaj kampoj. Tiel ekzemple, la elektra potencialo generita per du ŝargoj estas simpla sumo de la potencialoj generita per ĉiu ŝargo aparte. La lineara kompono estas difinita propraĵo de libera spaco eĉ kvankam la elektra kampo proksime de punkta ŝargo povas esti ege granda.

Vakuo
-----

La idealo *vakuo de libera spaco* estas ne la sama kiel fizike akirebla *vakuo*.

La termino "vakuo" estadas uzata en kelkaj sencoj. Unu uzo estas por diskuti idealajn provajn rezultojn kiuj devus okazi en *perfekta vakuo*, kiujn oni nomas kiel simple *vakuo* aŭ *libera spaco* en ĉi tiu ĉirkaŭteksto. La termino **parta vakuo** estas uzata por signifi la neperfektan vakuon realigeblan en praktiko.

La termino "parta vakuo" enhavas sugeston de unu grava malsimileco inter realigebla vakuo kaj libera spaco, konkrete la ne-nula premo. Hodiaŭ, tamen, la klasika koncepto de vakuo kiel simpla dezerteco estas anstataŭita per la kvantuma vakuo, apartigante liberan spacon ankoraŭ plu de la reala vakuo - kvantuma vakuo aŭ la vakua stato estas ne malplena. Proksimuma signifo estas kiel sekvas:
kvantuma vakuo priskribas regionon nehavantan realajn partiklojn eĉ en ĝiaj plej subaj energiaj statoj.
La kvantuma vakuo ne estas tamen malplena spaco. Laŭ kvantummekaniko, la vakuo estas ne vere malplena sed anstataŭe enhavas *sendaŭrajn* elektromagnetajn ondojn kaj partiklojn kiuj ekas kaj finas sian ekziston. La mezureblaj rezultoj de ĉi tiuj efemera aperaĵoj estas la efiko de Casimir, la spontanea eligo kaj la ŝovo de Lamb. Rilatante al ĉi tiuj diferencoj, kvantuma vakuo diferencas de libera spaco en havo de nelineareco en ĉeesto de fortaj elektraj aŭ magnetak kampoj (difekto de lineara kompono). Eĉ en klasika fiziko estis komprenite ke la vakuo devas havi kampo-dependan elektran permeablon en la fortaj kampoj trovatajn proksime de punktaj ŝargoj. Ĉi tiuj kampo-dependaj propraĵoj de la kvantuma vakuo daŭre estas aktiva areo de esploro.

Nun, eĉ la signifo de la kvantuma vakua stato estas ne finaranĝita. Citaĵo de GE Brown:

|  |  |  |
| --- | --- | --- |
| "| En 18-jarcenta mekaniko de Newton, la tri-korpa problemo estis nesolvebla. Kun la naskiĝo de ĝenerala relativeco ĉirkaŭ 1910 kaj kvantuma elektromagnetismo en 1930, la du kaj unu korpaj problemoj iĝis nesolveblaj. Kaj en moderna kvantuma kampa teorio, la problemo de nulaj korpoj (vakuo) estas nesolvebla. | "|

Ekzemple, kio konsistigas *partiklon* dependas de la gravita stato de la rigardanto (vidu en efiko de Unruh). Spekulativoj abundas sur la rolo de kvantuma vakuo en la elvolvanta universo (vidu en kosmoscienca konstanto, vakuo en kosmoscienco). Aldone, la kvantuma vakuo povas eksponi spontanean rompadon de simetrio (vidu en mekanismo de Higgs kaj kvantuma kolorodinamika vakuo). Nesolvita problemo en fiziko estas pri tio kial la nulo-punkta energio de vakua ne kaŭza grandan valoron de la kosmoscienca konstanto.

La diferenco inter libera spaco kaj la kvantuma vakuo estas antaŭdirita al esti tre malgranda, kaj ĝis nun ne estas propono pri tio kiel ĉi tiuj necertecoj influas la uzon de SI-aj unuoj, kies realigo estas predikatita sur la nedisputitaj antaŭdiroj de precizecaj testoj de kvantuma elektromagnetismo.

Tiel, kompreno de la idealo de "libera spaco" estas ne nur afero de atingo de malalta premo, kiel la termino *parta vakuo* sugestas. Fakte, "libera spaco" estas abstraktaĵo de naturo kiu estas neatingebla.

Kompreno de libera spaco en laboratorio
---------------------------------------

Per "kompreno" estas intencita la malpligrandiĝo al praktiko, aŭ eksperimenta enkorpigo, de la termino "libera spaco", ekzemple, *parta vakuo*. Kio estas la operacia difino de libera spaco? Kvankam principe *libera spaco* estas neatingebla, simile al la absoluta nulo de temperaturo de temperaturo, en la SI-aj unuoj estas referita la *libera spaco*, kaj do pritakso de la necesa korektado al realaj mezuroj estas bezonata. Ekzemplo povus esti korektado por ne-nula premo de parta vakuo.

En praktiko, parta vakuo povas esti produktita en la laboratoria tia ke ĝi estas tre bona kompreno de libera spaco (vidu en alta vakuo). La plej malalta mezurebla premo hodiaŭ (2009) estas proksimume 10−11 Pa.

Kompreno de libera spaco en kosma spaco
---------------------------------------

Estante nur parta vakuo, kosma spaco enhavas materion tiel ke la premo de interstela spaco estas proksimume 10 pPa = 1×10−11 Pa. Por komparo, la premo sur Tero je marnivelo estas proksimume 1×105 Pa. La gasoj en kosma spaco estas ne uniforme distribuitaj. La denseco de hidrogeno en la Lakta Voja galaksio estas pritaksita je 1 hidrogena (procia) atomo en kubcentimetro cm3. La kritika denseca apartiganta universon kiu kontinue elvolvas de tiu kiu finfine kolapsas reen estas pritaksita kiel proksimume tri hidrogenaj atomoj por kubmetro m3 de spaco.
En la parta vakuo de kosma spaco, estas malgrandaj kvantoj de materio (plejparte hidrogeno), kosma polvo kaj kosma bruo (vidu en intergalaksia spaco). Aldone, estas kosma mikroonda fono kun temperaturo de 2,725 K, kio implicas fotonan densecon de proksimume 400 aĵoj en cm3.

La denseco de la interplaneda mediumo kaj interstela mediumo, kvankam, estas ege malalta; por multaj aplikoj nur malatentebla eraro estas aldonata per traktado de la interplaneda kaj interstela regionoj kiel "libera spaco".

Difinoj de libera spaco de Usona Patenta Oficejo
------------------------------------------------

La Usona Patenta Oficejo difinas liberan spacon en kelkaj manieroj. Por radia kaj radara aplikoj la difino estas "spaco kie la movado de energio en ĉiu direkto estas substance libera, kiel la atmosfero, la oceano, aŭ la tero" (Glosaro en US Patenta Klasifikaĵo 342, Klasifikaĵaj notoj). Ĉi tiu difino ne kongruas la difinojn de libera spaco donitajn pli supre.

Alia Usona Patenta Oficejo interpretado estas Subklaso 310: Komunikado super libera spaco, kie la difino estas "mediumo kiu ne estas drato aŭ ondokonduktilo".

Vidu ankaŭ
----------

* Intergalaksia spaco
* Interplaneda spaco
* Interstela mediumo
* Kosma spaco
* Elektra konstanto
* Magneta konstanto
* Lumrapideco
* Dielektra permeablo
* Magneta permeablo
* Vakua energio
* Vakuo stato
* Virtuala partiklo
* Efiko de Casimir
* Efiko de Unruh
* Bosono de Goldstone
* Mediumo (optiko)
* Ampero (unuo)
* Metro (unuo)
* Diraka maro
* Karakteriza impedanco de vakuo
* Modelo de Jaynes-Cummings
* Ekvacioj de Maxwell
* Elektromagneta onda ekvacio

Referencoj
----------

1. ↑  Usona Patenta Klasifika Sistemo - Klasifikaj Difinoj kiel de 30-a de junio, 2000
2. ↑  Subklaso 310: Komunikado super libera spaco

Eksteraj ligiloj
----------------

* Enkonduko al la fundamentaj fizikaj konstantoj de NIST
* Pri SI-aj unuoj de BIPM
* *μ0*
* *c0*
* *ε0*
* *α*
* *Z0*
* Zheng, MiMi  (2002). Pressure in Outer Space - Premo en ekstera spaco. *La fizika faktolibro*.
* Paulo N Correa, Alexandra N Correa Arkivigite je 2007-10-10 per la retarkivo Wayback Machine La eksperimentoj de Sagnac kaj Michelson-Gale-Pearson: La plagoj de ĝenerala relativeco kun respekto al turnado. *"Absoluta vakuo de materio kaj energio estas neatingebla kaj ne realas ebleco kiu devus aŭ bezonus esti konsiderata. La "vakua stato" estas misuzo de vorto ..."*
* Di Piazza *kaj aliaj*: *Luma difrakto per forta staranta elektromagneta ondo* Phys. Rev. Let. 97 (2006) 083603
* Gies, H *kaj aliaj*: *Polarizita lumo propaganta en magneta kampo kiel sondilo por ŝargitaj fermionoj* Phys. Ren. Let. **97** (2006) 140402