Чи існує вакуум. Що таке вакуум? Вакуум космічний та побутовий

Поняття про вакуум змінювалося з часом. На початку розвитку наук про навколишній світ під вакуумом малася на увазі просто порожнеча, навіть саме vacuum перекладається з латинського як «порожнеча». Це була скоріше філософська категорія, оскільки досліджувати щось, хоча б віддалено відповідне уявленням про вакуум, учені не мали можливості. Сучасна називає вакуумом стан квантового поля, при якому його енергетичний стан знаходиться на найнижчому рівні. Цей стан характеризується насамперед тим, що реальні частки у ньому відсутні. Технічним вакуумом називають сильно розріджений газ. Це не зовсім ідеальний вакуум, але річ у тому, що в умовах він недосяжний. Адже всі матеріали пропускають гази в мікроскопічних обсягах, тому будь-який вакуум, що міститься в посудині, матиме перешкоди. Ступінь його розрідженості вимірюють за допомогою параметра (лямбда), який вказує довжину вільного частки. Це відстань, яку вона може пройти доти, доки зіткнеться з перешкодою у вигляді іншої частинки або стінки судини. Високий вакуум – такий, коли молекули газу можу пройти від однієї стінки до іншої, практично ніколи не стикаючись один з одним. Низький вакуум характеризується достатньо великою кількістюзіткнень. Але навіть якщо припустити, що вдасться досягти ідеального, то все одно не варто забувати про такий фактор, як теплове випромінювання- Так званий газ фотонів. Завдяки цьому явищу температура тіла, поміщеного у вакуум, через деякий час стала б такою, як стінки судини. Це станеться завдяки руху теплових фотонів. Фізичний вакуум – це простір, де маса відсутня повністю. Але, згідно квантової теоріїполя, навіть при такому стані його не можна назвати абсолютною порожнечею, тому що у фізичному вакуумі безперервно відбувається утворення і віртуальних частинок. Їх ще називають нульовими коливаннями поля. Існують різні теоріїполя, відповідно до яких властивості безмасового простору можуть трохи змінюватись. Допускається, що вакуум може бути одного з кількох видів, кожному з яких притаманні свої особливості. Деякі з тих властивостей квантового поля, які передбачалися вченими-теоретиками, вже були експериментально підтверджені. Є серед гіпотез і такі, яких зможе підтвердити чи спростувати фундаментальні теоріїфізики. Наприклад, припущення про те, що можливі так звані помилкові вакууми (різні вакуумні стани) дуже важливе для підтвердження інфляційної теорії Великого.

Застосовується зазвичай до газу, що заповнює обмежений об'єм. У макроскопічних об'ємах ідеальний вакуум недосяжний на практиці, оскільки при кінцевій температурі всі матеріали мають ненульову щільність насиченої пари. Крім того, багато матеріалів (у тому числі товсті металеві, скляні та інші стінки судин) пропускають гази. У мікроскопічних об'ємах, однак, досягнення ідеального вакууму в принципі можливе. 33

Насправді сильно розріджений газ називають технічним вакуумом. Строго кажучи, технічним вакуумом називають газ у посудині або трубопроводі з тиском нижче, ніж у навколишній атмосфері. Відповідно до іншого визначення, коли молекули, або атоми газу перестають зіштовхуватися один з одним, і газодинамічні властивості змінюються в'язкісними (при тиску близько 1 Торр) говорять про досягнення низького вакууму. Зазвичай низьковакуумний насос стоїть між атмосферним повітрямі високовакуумний насос, створюючи попереднє розрядження, тому низький вакуум часто називають форвакуум. При подальшому зниженні тиску в камері, збільшується середня довжина вільного пробігу молекул молекул газу. При λ >> d, де d - розміри камери, молекули газу не зіштовхуються друг з одним, а вільно переміщаються від стінки до стінки, у разі говорять про високому вакууме(10-5 Торр). Надвисокий вакуум відповідає тиску 10-9 Тор і нижче. Для порівняння, тиск у космосі на кілька порядків нижче, у далекому ж космосі взагалі може досягати 10-30 Торр і нижче. 34

Високий вакуум у мікроскопічних порах деяких кристалів досягається при атмосферному тиску, що пов'язано саме з довжиною вільного пробігу газу. 35

Апарати, що використовуються для досягнення та підтримки вакууму, називаються вакуумними насосами. Для поглинання газів та створення необхідного ступеня вакууму використовуються гетери. Більш широкий термін вакуумна техніка включає також прилади для вимірювання та контролю вакууму, маніпулювання предметами та проведення технологічних операцій у вакуумній камері, і т. д.

Варто відзначити, що навіть у ідеальному вакуумі при кінцевій температурі завжди є деяке теплове випромінювання (газ фотонів). Таким чином, тіло, поміщене в ідеальний вакуум, рано чи пізно прийде в теплову рівновагу зі стінками вакуумної камери за рахунок обміну тепловими фотонами. 37

Космічний простір

Космічний простір має дуже низьку щільність та тиск, і є найближчим наближенням фізичного вакууму. Але космічний вакуум не є справді досконалим, навіть у міжзоряному просторі є кілька атомів водню на кубічний сантиметр. 38

Зірки, планети та супутники тримають свої атмосфери силою тяжіння, і як такої у атмосфери немає чітко окресленої межі: густина атмосферного газу просто зменшується з відстанню від об'єкта. Атмосферний тиск Землі падає приблизно до 3,2×10−2 Па на 100 км (62 милі) висоти - на так званій лінії Кишені, яка є загальним визначеннямкордону з простором. За цією лінією ізотропний тиск газу швидко стає незначним у порівнянні з тиском випромінювання від Сонця та динамічним тиском сонячного вітру, тому визначення тиску стає важко інтерпретувати. Термосфера в цьому діапазоні має великі градієнти тиску, температури та складу, і сильно варіюється у зв'язку з космічною погодою. 39

Щільність атмосфери протягом перших кількох сотень кілометрів вище лінії Кармана все ще достатня для значного опору руху штучних супутників Землі. Більшість супутників працюють у цій галузі, яка називається низькою навколоземною орбітою, і повинні підробляти двигунами кожні кілька днів для підтримки стабільної орбіти. 40

Космічний простір заповнений великою кількістю фотонів, так званим реліктовим випромінюванням, а також великою кількістю реліктових нейтрино, що поки не піддаються виявленню. Поточна температура цих випромінювань становить близько 3 К, або −270 °C або −454 ° Фаренгейту. 41

І техніці під ним мають на увазі середовище, в якому газ утримується під тиском менше атмосферного. Що таке розріджені гази, коли про них дізналися вперше?

Сторінки історії

Ідея порожнечі протягом багатьох століть була предметом суперечки. Розріджені гази намагалися аналізувати давньогрецькі та давньоримські філософи. Демокріт, Лукрецій, їхні учні вважали: якби між атомами не було вільного простору, їхній рух був би неможливий.

Аристотель та його послідовники спростовували цю концепцію, на їхню думку, у природі не повинно бути «порожнечі». У середні віки в Європі ідея «побоювання порожнечі» стала пріоритетною, її використовували з релігійною метою.

Механіки Стародавню ГреціюПри створенні технічних пристроїв грунтувалися на прикладі, водяні насоси, які функціонували при створенні над поршнем розрідження, з'явилися в часи Аристотеля.

Розріджений стан газу, повітря став основою для виготовлення поршневих вакуумних насосів, які широко застосовуються в даний час в техніці.

Їхнім прототипом був знаменитий поршневий шприц Герона Олександрійського, створений ним для витягування гною.

У середині сімнадцятого століття було розроблено першу вакуумну камеру, а через шість років німецькому вченому Отто фон Герику вдалося винайти перший вакуумний насос.

Цей поршневий циліндр легко відкачував повітря з герметичної ємності, створював вакуум. Це дало змогу вивчити основні характеристики нового стану, проаналізувати його експлуатаційні властивості.

Технічний вакуум

Насправді розріджений стан газу, повітря називають технічним вакуумом. У великих обсягах неможливо отримувати таке ідеальний стан, так як за певної температури матеріали мають ненульову щільність насичених парів.

Причиною неможливості отримання ідеального вакууму є пропускання скляними, металевими стінками судин. газоподібних речовин.

У невеликих кількостях можна отримувати розріджені гази. Як міру розрядження використовують довжину безперешкодного пробігу молекул газу, які хаотично зіштовхуються, а також лінійний розмір судини, що використовується.

Між високовакуумним насосом та атмосферним повітрям ставиться форвакуумний нанос, який створює попереднє розрідження. У разі подальшого зниження камери тиску спостерігається збільшення довжини пробігу частинок газоподібної речовини.

При показниках тиску від 10 -9 Па створюється надвисокий вакуум. Саме такі розріджені гази використовують для проведення експериментів із застосуванням скануючого тунельного мікроскопа.

Отримати такий стан у порах деяких кристалів вдається навіть при атмосферному тиску, так як діаметр пір набагато менше довжини пробігу вільної частки.

Прилади на основі вакууму

Розріджений стан газу активно застосовується у приладах, які називаються вакуумними насосами. Для всмоктування газів та отримання певного ступеня вакууму застосовують гетери. Вакуумна техніка також має на увазі численні прилади, які необхідні для контролю та вимірювання даного стану, а також для управління предметами, проведення різних технологічних процесів. Найскладнішими технічними пристроями, у яких застосовуються розріджені гази, є високовакуумні насоси. Наприклад, дифузійні прилади функціонують з урахуванням руху молекул залишкових газів під впливом потоку робочого газу. Навіть у разі ідеального вакууму при досягненні кінцевої температури є незначне теплове випромінювання. Це пояснює основні властивостірозріджених газів, наприклад, настання теплової рівноваги через певний часовий проміжок між тілом і стінками вакуумної камери.

Розріджений одноатомний газ є чудовим термоізолятором. У ньому перенесення теплової енергії здійснюється лише за допомогою випромінювання, теплопровідність та конвекція не спостерігаються. Ця властивість застосовується в (термосах), що складаються з двох ємностей, між якими розташовується вакуум.

Вакуум знайшов широке застосуванняі радіолампах, наприклад, магнетронах кінескопів, мікрохвильових печей.

Фізичний вакуум

У квантової фізикипід таким станом мають на увазі основний (нижчий) енергетичний стан квантового поля, що характеризується нульовими значеннями

У такому стані одноатомний газ не є абсолютно пустим. Згідно з квантовою теорією, у фізичному вакуумі систематично з'являються і зникають віртуальні частинки, що викликає нульові коливання полів.

Теоретично одночасно можуть існувати декілька різноманітних вакуумів, що відрізняються між собою щільністю енергії, а також іншими фізичними характеристиками. Ця ідея стала основою інфляційної теорії величезного вибуху.

Хибний вакуум

Під ним мається на увазі стан поля в квантовій теорії, що не є станом із мінімальною енергією. Воно стабільне протягом певного часового проміжку. Є ймовірність «тунелювання» помилкового стану в істинний вакуум при досягненні необхідних значень основних фізичних величин.

Космічний простір

Розмірковуючи над тим, що означає розріджений газ, слід зупинитися і на понятті «космічного вакууму». Його можна вважати близьким до фізичного вакууму, але існуючого в міжзоряний простір. У планет, їх природних супутниківБагато зірок існують певні сили тяжіння, які утримують на певній відстані атмосфери. У міру віддалення від поверхні зіркового об'єкта змінюється щільність розрідженого газу.

Наприклад, існує лінія Кармана, яка вважається загальним визначенням із космічним простором кордону планети. За нею різко знижується величина ізотропного тиску газу порівняно з сонячним випромінюваннямта динамічним тиском сонячного вітрутому важко інтерпретувати тиск розрідженого газу.

У космічному просторібагато фотонів, реліктових нейтрино, які важко виявити.

Особливості виміру

Ступінь вакууму прийнято визначати тією кількістю речовини, яка залишилася в системі. Основною характеристикою виміру цього стану є абсолютний тиск, крім того, враховується хімічний складгазу, її температура.

Важливим параметром вакууму є середнє значення довжини пробігу газів, що залишилися в системі. Існує підрозділ вакууму на певні діапазони відповідно до технології, яка необхідна для проведення вимірювань: помилковий, технічний, фізичний.

Вакуумне формування

Це виготовлення виробів із сучасних термопластичних матеріалів у гарячому вигляді за допомогою впливу низького тискуповітря чи дії вакууму.

Вакуумне формування вважають способом витяжки, в результаті якої відбувається нагрівання листового пластику, що знаходиться над матрицею, до деякого температурного значення. Далі відбувається повторення листом форми матриці, це пояснюється створенням між нею та пластиком вакууму.

Електровакуумні прилади

Ними є пристрої, які призначені для створення, посилення, а також перетворення електромагнітної енергії. У такому приладі з робочого простору видалено повітря, а для захисту від довкіллявикористовується непроникна оболонка. Прикладами таких пристроїв є електронні вакуумні прилади, де електрони підходять у вакуумі. Лампи розжарювання можна вважати електровакуумними приладами.

Гази при низьких тисках

Газ називають розрідженим, якщо величина його щільності незначна, і довжина пробігу молекул можна порівняти з розмірами тієї судини, в якій знаходиться газ. У подібному стані спостерігається зменшення кількості електронів пропорційно до густини газу.

У разі сильно розрідженого газу практично відсутнє внутрішнє тертя. Натомість з'являється зовнішнє тертя газу, що переміщається об стінки, яке пояснюється зміною величини імпульсу молекулами при зіштовхуванні з судиною. У подібній ситуації існує пряма пропорційність між швидкістю руху частинок та щільністю газу.

У разі низького вакууму спостерігаються часті зіткнення між частинками газу в повному обсязі, що супроводжуються стабільним обміном тепловою енергією. Це пояснює явище перенесення (дифузію, теплопровідність), що активно використовується в сучасній техніці.

Одержання розріджених газів

Наукове вивчення та розвиток вакуумних приладів розпочалося в середині сімнадцятого століття. У 1643 році італійцеві Торрічеллі вдалося визначити величину атмосферного тиску, а після винаходу О. Геріке механічного поршневого насоса зі спеціальним водяним ущільнювачем, з'явилася реальна можливістьдля проведення численних дослідженьхарактеристик розрядженого газу Одночасно досліджувалися можливості впливу вакууму на живі істоти. Досліди, що проводяться в умовах вакууму з електричним розрядомсприяли відкриттю негативного електрона, рентгенівського випромінювання.

Завдяки теплоізолюючій здатності вакууму з'явилася можливість пояснити способи передачі тепла, використовувати теоретичні відомостідля розвитку сучасної кріогенної техніки.

Застосування вакууму

У 1873 році було винайдено перший електровакуумний прилад. Ним стала лампа розжарювання, створена російським фізиком Лодигіним. Саме з того часу розширилося практичне використаннявакуумної техніки, з'явилися нові методи одержання, а також вивчення даного стану.

За незначний часовий проміжок було створено різні видивакуумних насосів:

• обертальний;
• кріосорбційний;
• молекулярний;
• дифузійний.

На початку ХХ століття академіку Лебедєву вдалося вдосконалити наукові засадивакуумної промисловості До середини минулого століття вчені не допускали можливості одержання тиску менше 10-6 Па.

В даний час створюють суцільнометалевими, щоб уникнути витоку. Вакуумні кріогенні насоси застосовують не тільки в науково-дослідних лабораторіях, але і в різних сферахпромисловості.

Наприклад, після розробки спеціальних відкачувальних засобів, які не забруднюють об'єкт, що використовується, з'явилися нові перспективи використання вакуумної техніки. У хімії такі системи активно використовуються для якісного та кількісного аналізувластивостей поділу суміші на компоненти, аналізу швидкості перебігу різних процесів

Термін " вакуум", як фізичне явище- середовище, в якому тиск газу нижче атмосферного тиску.

Кількісною характеристикоювакууму служить абсолютний тиск. Основною одиницею вимірювання тиску у Міжнародній системі (СІ) служить Паскаль (1 Па = 1Н/м 2 ). Проте, практично зустрічаються й інші одиниці виміру, такі як мілібари (1 мбар = 100Па) і Торри чи міліметри ртутного стовпа (1 мм.рт.ст. = 133,322 Па). Ці одиниці не належать до СІ, але допускаються для вимірювання кров'яного тиску.

Рівні вакууму

Залежно від того, наскільки тиск нижчий за атмосферний (101325 Па), можуть спостерігатися різні явища, внаслідок чого можуть використовуватися різні засобидля отримання та вимірювання такого тиску. В наш час виділяють кілька рівнів вакууму, кожен з яких має своє позначення відповідно до інтервалів тиску нижче атмосферного:

• Низький вакуум (НВ): від 10 5 до 10 2 Па,
• Середній вакуум (СВ): від 10 2 до 10 -1 Па,
• Високий вакуум (ВВ): від 10 -1 до 10 -5 Па,
• Надвисокий вакуум (СВВ): від 10 -5 до 10 -9 Па,
• Надзвичайно високий вакуум (ЧВВ):

Дані рівні вакууму в залежності від сфери застосування поділяють на три виробничі групи.

- Низький вакуум: в основному використовується там де потрібно відкачування великої кількості повітря. Для отримання низького вакууму використовують електромеханічні насоси лопатевого типу, відцентрового, насоси з бічним каналом, генератори потоку і т.д.

Низький вакуум застосовується, наприклад, на фабриках шовкотрафаретного друку.

- Промисловий вакуум: термін "промисловий вакуум" відповідає рівню вакууму від -20 до -99 кПа. Цей діапазон використовується в більшості застосувань. Індустріальний вакуум отримують за допомогою ротаційних, рідинно-кільцевих, поршневих насосів та лопатевих вакуумних генераторів за принципом Вентурі. Область застосування промислового вакууму включає захоплення присосками, термоформування, вакуумний затискач, вакуумна упаковка та ін.

- Технічний вакуум: відповідає рівню вакууму від -99 кПа Такий рівень вакууму одержують за допомогою дворівневих ротаційних насосів, ексцентрикових роторних насосів, вакуумних насосів Рутса, турбомолекулярних насосів, дифузійних насосів, кріогенних насосів тощо

Такий рівень вакууму використовується в основному при ліофілізації, металізації та термообробці. У науці технічний вакуум використовується як симуляція космічного простору.

Найвище значеннявакууму на землі значно менше значенняабсолютного вакууму, що залишається чисто теоретичним значенням. Фактично, навіть у космосі, незважаючи на відсутність атмосфери, є не велика кількістьатомів.

Основним поштовхом до розвитку вакуумних технологій стали дослідження в промисловій галузі. У теперішній моментіснує велика кількість застосувань у різних секторах. Вакуум використовується в електропроменевих трубках, лампах розжарювання, прискорювачах частинок, металургії, харчової та аерокосмічної індустрії, в установках для контролю ядерного синтезу, у мікроелектроніці, у скляній та керамічній промисловості, у науці, у промисловій роботехніці, у системах захоплення за допомогою вакуумних присосок і т.д.

Приклади застосування вакууму у промисловості

Вакуумні системи множинного захоплення "ОКТОПУС"

Вакуумні присоски Загальна інформація

Вакуумні присоски є незамінним інструментом для захоплення, підйому та переміщення предметів, листів та різних об'єктів, які важко переміщати звичайними системами, через їх крихкість або ризик деформації.

При правильному застосуванніприсоски забезпечують зручність, економічність та безпеку роботи, що є фундаментальним принципом для ідеальної реалізації проектів автоматизації на виробництві.

Тривалі дослідження та увага до вимог наших клієнтів, дозволили нам виробляти присоски, що витримують високі та низькі температури, абразивний знос, електростатичні розряди, агресивні середовища, а так само не залишають плям на поверхні предметів, що переносяться. Крім цього, присоски відповідають стандартам безпеки EEC та харчовим стандартам FDA, BGA, TSCA.

Всі присоски виготовляються з високоякісних компонентів методом вакуумного формування та піддаються антикорозійній обробці для тривалого терміну служби. Незалежно від конфігурації, всі присоски мають своє маркування.

Система множинного захоплення Октопус

Вакуум(англ. vacuumнім. Vakuum, Від лат. vacuus- порожній) - багатозначний фізичний термін, який в залежності від контексту може означати:

• Розріджений стан газу. Такий вакуум називають частковим. Розрізняють високий, середній та низький вакуум. Високимназивається вакуум, при якому довжина вільного пробігу молекул газу перевищує лінійні розміри судини, в якій міститься газ; якщо вільний пробіг молекул газу та лінійні розміри судини порівнянними величинами, то вакуум називається середнім, а якщо вільний пробіг молекул газу менший за лінійні розміри судини - низьким.

• Ідеалізована абстакція, простір, у якому немає зовсім речовини. Такий вакуум називають ідеальним.
• Фізична система без частинок та квантів поля. Це найнижчий стан квантової системи, при якому її енергія мінімальна, називається вакуумним станом. Відповідно до принципу невизначеності для такого вакууму певна частина фізичних величин не може бути точно визначеною.

Частковий вакуум з винаходом ламп розжарювання та вакуумних ламп на початку XX століття став широко використовуватися в промисловості. У вакуумі проводиться значна кількість фізичних експериментів: відсутність повітря або атмосфери іншого складу дозволяє зменшити небажані сторонні впливи на об'єкт дослідження. Інтерес до вивчення вакууму збільшився після виходу людини до космосу. Навколоземне та міжпланетний простірє дуже розрідженим газом, який можна характеризувати як вакуум.

Дослідження вакууму почалися зі створення «торрічелієвої порожнечі» італійським фізикомЕванджеліста Торрічеллі в середині 17 століття.

Технічний вакуум

Технічнимназивають частковий вакуум, що утворився в земних умовах. Сукупність інструментів, які використовуються при цьому називають вакуумною технікою. Головне місце серед знарядь вакуумної техніки займають насоси різної конструкціїта принципу дії.

Основним інструментом для створення низького вакуумує об'ємний насос. Принцип його дії полягає в циклічному збільшенні та зменшенні обсягу газу в посудині. Під час фази збільшення об'єму, всмоктування газ у посудині розширюється, заповнюючи додатковий об'єм, який потім відсікається і викидається.

створення високогоі надвисокого вакуумує складною технічною проблемою. Коли молекул газу у вакуумній камері мало, виникають проблеми, пов'язані із забрудненням камери молекулами олії, недостатньою щільністю прокладок, дегазацією стінок судини тощо.

Для одержання високого вакууму використовують дифузійні насоси. Принцип дії насосів цього типу полягає в тому, що молекули газу не дифундують проти течії. Тому дифузійні насоси використовують струмінь для витягування молекул газу вакуумної камери.

Насоси-уловлювачі дозволяють досягти ще вищого вакууму. Їхня дія може базуватися на різних фізичних та хімічних принципах: кріогенні насоси використовують низьку температурудля конденсації газу в посудині, в хімічних насосах молекули газу зв'язуються. хімічними речовинамиабо адсорбують на поверхні, в іонізаційних насосах газ у вакуумній камері йонізується та витягується за допомогою сильних електричних полів.

Реальні вакуумні установки складаються з комбінації насосів різного типу, кожен з яких виконує своє завдання і працює при різного ступенярозрідження газу у вакуумній камері. До інструментів вакуумної техніки належать також різні вимірювальні прилади, що використовуються для визначення якості створеного вакууму

Фізичний вакуум

Фізичним вакуумомназивають ідеалізоване поняття простору, де немає частинок. Експериментально такого стану досягти неможливо, окремі атомита іони є навіть у надзвичайно розрідженому міжгалактичному просторі. Абстрактне поняттяфізичного вакууму використовується, наприклад, для визначення швидкості світла, як швидкості поширення електромагнітної взаємодіїу порожнечі без частинок.

Хоча може здатися, що порожній простір є найпростішим фізичною системою, Насправді це не так. Розвиток квантової механікипоказав, що вакуум є складним фізичним об'єктом, властивості якого ще зовсім зрозумілі.

По-перше, вакуум, мабуть, заповнений нульовими коливаннями електромагнітного поля. квантами електромагнітного поля є фотони, що належать до бозонів. Хвильові функції бозонів у низькому стані не дорівнюють нулю. При квантуванні поля бозонів вони розглядаються як гармонічні осцилятори. В основному стані бозони мають не тільки відмінну від нуля. хвильову функцію, а й ненульову енергію. Так, вакуум заповнений нульовими коливаннями різних моделектромагнітного та інших бозонних полів з усіма можливими хвильовими векторами, напрямками прозповсюдження та поляризаціями. Кожна з цих мод має енергію, де – зведена постійна Планка, А? - Циклічна частота. Це породжує проблему енергії вакууму, оскільки таких мод нескінченно багато, і сумарна енергія вакууму має бути нескінченною. Однак, фізичні експерименти, зокрема Лемб зміщення та ефект Казимира свідчать про те, що нульові коливання електромагнітного поля - реальність, і що вони можуть взаємодіяти з іншими фізичними об'єктами.

Інша ідея, яка ще більше ускладнює розуміння вакууму, пов'язана з рівнянням Дірака, що описує релятивістську квантову частинку, зокрема електрон. вільного електронамає чотири розв'язки, два з них із негативною енергією. Поль Дірак показав, що за допомогою операції зарядового сполучення ці розв'язки можна трактувати як розв'язки з позитивною енергією, але частинки з протилежним, позитивним, зарядом, тобто. античастинки електрона. Така античастка була виявлена ​​експериментально та отримала назву позитрона.

Трактування Дірака схоже на території напівпровідників, Частинки, електрони, аналогічні електронам провідності, тоді як античастинки, позитрони, аналогічні дірками.В основному стані, відповідному вакууму, все енергетичні станиз негативною енергією заповнені, а позитрон відповідає незаповненому стану.

При розгляді взаємодій між частинками квантової електродинамікичасто необхідно враховувати можливість утворення вакууму віртуальних електрон-позитронних пар.