Tyhjiötekniikka
Historia

Aristoteles piti tyhjiötä mahdottomuutena. Keskiajalla ajateltiin tämän näkemyksen pohjalta, että luonnossa vallitsee tyhjyyden kammo, joka pyrkii kaikin tavoin estämään tyhjiön syntymisen. Näin voitiin selittää esimerkiksi vesipumpun toimintaa.
Ensimmäisiä tyhjiökammon kyseenalaistaneita kokeellisia tuloksia teki italialainen Gasparo Berti 1640-luvun alussa. Hänen vettä sisältäneessä ilmapuntarissaan oli kymmenisen metriä pitkä lyijystä valmistettu putki. Evangelista Torricelli esitteli oman ilmapuntarinsa 1644 (tai 1643). Siinä oli toisesta päästä suljettu elohopealla täytetty lasiputki, joka oli käännetty elohopeasammioon alassuin. Elohopean pinta laski sen verran, että nesteen hydrostaattinen paine kumosi ilmanpaineen. Putken yläosaan jäi tyhjä tila, joka pystyttiin täyttämään kokonaan vedellä, eikä elohopeapatsaan korkeus riippunut tyhjän tilan koosta.
Blaise Pascalin lanko Florin Périer vei elohopeailmapuntarin Puy de Dôme -vuorelle ja havaitsi, että elohopeapylväs oli yli seitsemän senttimetriä matalampi kuin vuoren juurella. Tyhjiön mahdollisuutta ja ilmanpaineen olemassaoloa tuki myös koe, jossa elohopeaputki oli ilmanpaineen sijasta yhteydessä tyhjiöön. Tällöin putkeen ei jäänyt elohopeaa, vaan se valui alas. 1600-luvulla havaittiin myös, että ilmaa sisältävä virtsarakko laajenee tyhjiössä ja että tyhjiö ei ylläpidä elämää eikä välitä ääntä.
Ensimmäisen tyhjiöpumpun keksi Otto von Guericke vuoden 1650 tienoilla. Pumpussa oli mäntä, jolla ilmaa voitiin poistaa erilaisista astioista. Von Guericke oli aikaisemmin yrittänyt muodostaa tyhjiötä puutynnyriin poistamalla siitä vettä. Kun muutamat voimakkaat miehet olivat pumpanneet tarpeeksi vettä pois, kuului ääni, kun ilma pääsi puun huokosten kautta sisään. Von Guericken kuuluisimmat kokeet liittyivät ilmanpaineen merkityksen osoittaneisiin Magdeburgin puolipalloihin. Kokeissa pumpattiin tyhjiö kahden metallisen puolipallon välille ja annettiin hevosten yrittää erottaa niitä toisistaan. Eräässä näytöksessä kaksi kahdeksan hevosen valjakkoa sai vaivoin erilleen halkaisijaltaan 50 senttimetrin suuruiset puolipallot, mutta kun sulkuhana avattiin, pallot erosivat itsestään. Puolipallokokeet innoittivat laajasti Euroopan tieteilijöitä. Robert Boyle kehitti monella tapaa von Guericken ilmapumppua ja julkaisi Boylen lain.
Teoreettista pohjaa tyhjiötekniikalle toi 1700- ja 1800-luvulla kineettisen kaasuteorian kehittäminen. Thomas Newcomen loi pohjan teolliselle vallankumoukselle kehittämällä ensimmäisen käyttökelpoisen höyrykoneen 1700-luvun alkupuolella. Tätä ilmanpainetta hyödyntänyttä konetta käytettiin veden pumppaamiseen. Muun muassa Englannissa kokeiltiin ilmanpaineella liikkuvia junia lyhyen aikaa 1800-luvun puolivälissä. Liikkumiseen tarvittava tyhjiö synnytettiin pumppaamoissa, joita oli radalla kolmen mailin välein. Tyhjiötekniikkaan perustuva putkiposti alkoi yleistyä 1800-luvun loppupuolella.
Torricellin ilmapuntaria oli 1700-luvulla tapana parantaa kiehuttamalla elohopeaa. Torricellin menetelmä oli 1800-luvun puoliväliin asti paras tapa muodostaa hyvä tyhjiö. Sprengel kehitti menetelmää vuonna 1865 pumpulla, jossa elohopea vei jatkuvasti ilmaa mukanaan pystysuorassa putkessa alaspäin. Edison käytti paranneltua Sprengelin pumppua hehkulamppuja valmistaessaan. McLeod keksi painemittarinsa 1874. Näin voitiin mitata tuolloin tavanomaisia 0,1 ja 0,01 pascalin paineita.
James Dewar kehitti 1892 termospullon eli Dewarin pullon, jossa kylmänä pidettävä astia eristetään imemällä sen ympärille tyhjiö. Dewar keksi samoihin aikoihin, että nestemäisellä ilmalla jäähdytetty puuhiili imee tehokkaasti kaasuja ja sitä voidaan siten käyttää tyhjiöpumppuna. Kryopumput alkoivat yleistyä kuitenkin vasta 1900-luvun puolivälin jälkeen, kun suljettuun heliumin kiertoon pohjautuvia jäähdyttimiä alettiin valmistaa. Wolfgang Gaede esitteli mekaanisen elohopeakiertopumpun vuonna 1905. Sitä käytettiin yhdessä vesisuihkupumppujen kanssa, ja sen pumppausnopeus oli selvästi suurempi kuin Sprengelin pumpulla. Vuoteen 1910 mennessä Gaeden pumpun olivat syrjäyttäneet nykyisen kaltaiset öljytiivisteiset pumput. Pumppausnopeudet pysyivät kuitenkin pieninä 1930-luvulle asti, jolloin alettiin päästä satoihin litroihin sekuntia kohti.
Gaede kehitti ensimmäisen diffuusiopumpun, mutta se oli varsin tehoton. Irving Langmuir esitteli paremman pumpun vuonna 1916, mutta ensimmäisen virtausmekaniikan kannalta oikeanlaisen diffuusiopumpun valmisti W. W. Crawford 1917. C. R. Burch esitteli 1928 ensimmäisen alhaisen höyrynpaineen öljyn, jota voitiin käyttää diffuusiopumpussa elohopean sijaan.
Pirani kehitti lämmönjohtavuuteen perustuvan painemittarinsa 1906. Buckley esitteli kuumakatodimittarin 1916 ja Penning kylmäkatodimittarin 1937. Bayardin ja Alpertin kuumakatodimittari (1950) vauhditti ultratyhjiötekniikan kehittymistä tekemällä mahdolliseksi 10−8 pascalin paineiden mittaamisen. Massaspektrometrinen vuodonetsin kehitettiin toisen maailmansodan aikaan Manhattan-projektin yhteydessä.
Ensimmäinen kansallinen tyhjiötieteen ja -tekniikan järjestö perustettiin Ranskassa 1945. Sitä seurasivat järjestöt Yhdysvalloissa 1953 ja Japanissa 1958. Vuonna 1959 perustettiin kansainvälinen tyhjiöjärjestö, nykyiseltä nimeltään International Union for Vacuum Science, Technique and Applications (IUVSTA).