สร้างสูญญากาศ (ได้หรือ?)

สวัสดีปีไหม่ครับ ปีเก่าผ่านไป สิ่งใดที่ไม่ดีก็ลืมไปเสียนะครับ แล้วเริ่มต้นทำสิ่งดี ๆ สักอย่าง สองอย่าง ไม่ว่าแก่ตนเองหรือผู้อี่น อย่างผม ก็ตั้งใจไว้ว่า ปีนี้จะเลิกผลัดวันประกันพรุ่ง และพยายามจะออกกำลังกาย ให้มากขึ้น ไม่ทราบเหมือนกันครับ ว่่าจะไปได้สักกี่น้ำ รู้สึกเหมือนกับว่าเมื่อวันปีใหม่ปีที่แล้ว ก็คิดอะไรทำนองนี้ แต่ตอนนี้ จำไม่ได้เสียแล้ว ว่าคิดอะไรไว้ตอนนั้น

เอาละครับ เลิกพล่ามแล้วมาเข้าเรี่องกันดีกว่า ฉบับนี้ ผมจะคุยถึงเรี่องความว่างเปล่าที่เราเรียกว่า สูญญากาศ แต่ผมไม่ได้จะมาเล่าว่า สูญญากาศเป็นอย่างไรหรอกครับ เพราะคาดว่าทุกคนคงรู้กันดี

ตามปกติแล้ว เวลาเราพููดถิึงสูญญากาศ เรามักจะคิดถึึงสูญญากาศจริง ๆ คิดถึงบริเวณที่ไม่มีแม้แต่โมเลกุลไฮโดรเจนสักโมเลกุลเดียว เป็นสูญญากาศที่สมบูรณ์ มีความดันเป็นศูนย์

ฟังดูแล้วก็ไม่เห็็นมีอะไรแปลกใหม่ หากเราคิดที่จะสร้างสูญญากาศขึ้นมาในห้องทดลอง ก็ไม่น่าที่จะยาก แล้วน่าสนใจตรงไหนเหรอครับ ก็ตรงที่มันสร้างไม่ได้นะสิครับ ส฿ูญญากาศสมบ฿ูรณ์ เป็นเพียงแต่่ความฝันของนักฟิสิกส์ ที่ต้องการทำการทดลองในสภาพไร้ความดัน

ทำไมละครับ ก็หากแค่เรามีกล่องโลหะหนึ่งกล่อง ปิดหมดยกเว้นช่องที่มีเครื่องดูดอากาศที่มีความสามารถสุดยอดต่ออยู่ เปิดเครื่องไว้ ให้ดูดไปเรื่อย ๆ สักสิบปี โมเลกุลสสารต่าง ๆ จะออกมาไม่หมดหรือไร

ครับ คำตอบคือไม่มีวันหมดครับ อุปสรรคสำคัญที่ไม่ว่านักฟิสิกส์คนไหน ก็ยังไม่สามารถเอาชนะได้ คือ ความดันไอ (หรือที่ฝรั่งเรียกว่า vapor pressure)

ความดันไอเป็นตัวบ่งบอกถึงค่าของความดันรอบ ๆ สสารที่สามารถทำให้ สสารนั้น ๆ ระเหย (หรือระเหิด) โดยจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ตัวอย่างเช่น เหล็กมีความดันไอที่ 4 * 10^-7 ทอร์ ที่อุณหภูมิ 1000 องศาเซลเซียส หมายความว่าที่อุณหภูมิ 1000 องศาเซลเซียส เมื่อความดันรอบ ๆ เหล็กลดลงถึง 4 *10^-7 ทอร์ โมเลกุลของเหล็กก็จะเริ่มที่จะระเหิดกันออกมา

อีกตัวอย่างที่เห็นกันในชีวิตประจำวันก็เห็นจะเป็นลูกเหม็น ที่มีความดันไอสูงมากที่อุณหภูมิห้อง ก็เลยระเหิดได้มากมายในห้องน้ำสร้างกลิ่น เหม็นกว่ามากลบกลิ่นไม่พึ่งประสงค์

นี่แหละครับ เป็นสาเหตุที่ทำให้เรายังไม่สามารถสร้างสูญญากาศสมบูรณ์ได้เสียที ถึงแม้ว่าเราจะลองพยายามที่อุณหภูมิต่ำมากก็ตาม ความดันไอของสารทุกชนิดก็จะมีค่าเป็นบวกเสมอ เมื่อความดันลดลงมาก ๆ ใกล้ความเป็นสูญญากาศสมบูรณ์ ไม่อะไรก็อะไร จะต้องระเหิดออกมา นั้นก็หมายความว่า ไม่ว่าเราจะใช้วัสดุุอะไรสร้างเป็นกล่องเก็บสูญญากาศ วัสดุนั้น ก็จะต้องกลายเป็นอุปสรรค ในการบรรลุถึงความดันศูนย์ในที่สุด

แล้วไหนจะโมเลกุลจากเครื่องดูดอากาศอีกละครับ ที่จำเป็นจะต้องประกอบไปด้วยวัสดุต่าง ๆ มากมายตามแต่หน้าที่ สูญญากาศที่ทำได้ดีที่สุดตอนนื้ ก็็เห็นจะเป็นประมาณ ล้าน สองล้านโมเลกุล ในปริมาตรหนึ่งลูกบาตรนิ้ว ซึ่งก็ยังห่างไกลความจริงอยู่มาก แต่ถ้าเทียบกับอากาศที่เราหายใจกันอยู่ ซึ่งมีประมาณ 10¹⁷ โมเลกุลแล้วละก็็ ว่างเปล่าพอสมควรทีเดียวครับ

ก่อนจบ ขออีกนิดว่า ธาตุที่มีความดันไอต่ำที่สุดที่อุณหภูมิใด ๆ คือทังสเตน (ดูกราฟประกอบไปนะครัับ สัญลักษ์ของทังสเตนคือ W) นั้นก็หมายความว่า หากเอาธาตุต่าง ๆ มาตั้งเรียงกัน ที่สภาวะใด ๆ โมเลกุลของทังสเตนจะระเหิดออกมาน้อยที่สุด ก็แปรว่า กล่องเก็บสูญญากาศของเรา หากทำด้วยทังสเตน จะดีที่สุด แล้วเจอกันใหม่ฉบับหน้านะครับ