Si fuera al espacio y tuviera una caja / contenedor vacío y saliera a llenar esa caja con espacio, ¿qué habría dentro de la caja? ¿Se comprimirá la caja o qué pasará?

Esta pregunta es realmente profunda . Comenzaré describiendo algunos principios básicos que ayudarán a responder la pregunta.

1. El espacio exterior , el vacío que existe entre los planetas y las estrellas, no está completamente vacío. Las estrellas, los planetas y las lunas mantienen sus atmósferas por atracción gravitatoria. La densidad del gas atmosférico disminuye con la distancia a la Tierra, pero no hay una línea fina donde la atmósfera de la Tierra termina y comienza el espacio exterior (enlace de Wikipedia). Si lleva su caja lo más lejos posible de la influencia de los cuerpos celestes y las nebulosas, en teoría puede decir que está en el “espacio exterior”, pero el espacio exterior todavía contendrá una baja densidad de partículas atómicas (predominantemente un plasma de hidrógeno y helio) , neutrinos y polvos, así como radiación electromagnética, campos magnéticos y rayos cósmicos. Si eso es lo que quiere decir al llenar la casilla con “espacio”, entonces la respuesta de Asher Syed es acertada. Pero creo que realmente quieres llenar la caja con el vacío.
Fuente: Archivo de Wikipedia: Estructura de la magnetosfera.svg.

2. El vacío es espacio sin materia. Sería bueno si pudiéramos decir que el vacío es un espacio sin materia y energía, pero la teoría cuántica de campos nos dice que no podemos. Siempre hay energía de fondo llamada energía de vacío en vacío. Los efectos de la energía de vacío se han observado experimentalmente en fenómenos como el efecto Casimir y se cree que el cambio de Lamb y la energía de vacío influyen en el comportamiento del universo en escalas cosmológicas (enlace de Wikipedia). Por lo tanto, el vacío no es un espacio vacío. Es el estado fundamental del espacio con la energía del estado fundamental denominada energía de punto cero . Esto último no significa cero energía per se, sino la energía mínima por debajo de la cual un sistema termodinámico nunca puede ir. La fuente de energía del vacío son las partículas virtuales o los pares de partículas que aparecen y luego desaparecen inmediatamente, de modo que no se pueden observar directamente. Por ahora, la única forma en que los físicos pueden analizar partículas virtuales es a través de la abstracción matemática. Si tienen existencia física concreta es polémico. Si pretende llenar su casilla con aspiradora, solo puede hacerlo en teoría. El vacío “dentro” de la caja (no la caja) tendrá solo partículas virtuales y energía de punto cero. El enlace del video de Youtube publicado por Arun Menon explica esto muy bien. También puedes ver el sitio web de Derek Leinweber.
Fuente: página web de Derek Leinweber.

3. Las partículas cuánticas son excitaciones de campos físicos conocidos como campos cuánticos (ver. Wikipedia: Teoría de campos cuánticos). Puedes imaginar campos cuánticos permeando el espacio o puedes pensar en el espacio como el producto de la superposición de diferentes campos cuánticos. Ciertos tipos de campos pueden juntarse (interactuar) con algunos tipos de campos pero no con otros. Una excitación cuántica ocurre cuando un campo cuántico absorbe la cantidad correcta de energía (energía cuántica). Para citar algunos ejemplos, los electrones son excitaciones del campo de electrones, los fotones son excitaciones del campo electromagnético o de fotones, las partículas de Higgs son excitaciones del campo de Higgs y (tal vez) los gravitones son excitaciones del campo gravitatorio. De acuerdo con esta fuente (ver: The Bouncing Baby Boson), la física de partículas tiene que ver con las interacciones entre los campos cuánticos. Una interacción es una transferencia de energía de un campo a otro. El autor utiliza un ejemplo intuitivo (imagen que se muestra a continuación) donde una excitación de una partícula del campo kaon transfiere toda su energía al campo de pión creando una excitación de dos partículas en el campo de pión. El campo kaon luego cae a su estado de partícula cero (energía de punto cero). Dicho de otra manera, la partícula de kaón se descompone en dos partículas piónicas. Podemos visualizar este escenario como un kaón que se divide en dos piones. Alternativamente, podemos imaginar una onda cuantificada que fluye entre el campo kaon y el campo pion.
Fuente: El Bouncing Baby Boson.
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De vuelta a la caja mundana . No dijo mucho sobre las características de la caja / contenedor que pretende llenar con el vacío. ¿Es la caja “real” lo que significa una caja sólida ordinaria que está formada por átomos o moléculas ordinarias dispuestas en una red? ¿Se puede sellar perfectamente para evitar el escape de su contenido y la entrada de partículas extrañas (excitaciones)? Está bien, tengo que ser honesto. Ninguna de esas preguntas realmente importa si el objetivo es llenar la casilla con el vacío . ¡No puedes hacer eso! Una caja “llena de vacío” contiene solo campos cuánticos en su estado de energía más bajo. No hay excitaciones para crear partículas reales. No hay forma de atrapar campos cuánticos de estado fundamental y partículas virtuales dentro de su caja. No puede sacar la aspiradora del espacio profundo y luego traerla de vuelta a la tierra dentro de una caja o contenedor.

Cuando vuelves a la tierra, las cosas empiezan a ponerse más interesantes. La caja sellada todavía tendrá algo de vacío, pero solo un vacío parcial, ya que los átomos (excitaciones agregadas) de la caja de alguna manera transferirán energía y excitarán el vacío. Las fuentes de energía externas, como las excitaciones del campo electromagnético y el campo gravitatorio, también penetrarán en la caja y, potencialmente, transferirán energía y excitarán el vacío. Por lo tanto, terminará con una caja que contiene vacío parcial con excitaciones de vacío que ocurren aquí y allá. Además, el contenido de la caja ya no será un vacío parcial del espacio exterior, sino un vacío parcial terrestre in situ . La razón por la que la caja contiene algo que todavía está cerca del vacío es que es hermético. Evitará la entrada de grandes átomos y moléculas. No obstante, dependiendo del material de la caja, algunas excitaciones de partículas (por ejemplo, neutrinos) pasarán y algunas transferencias de energía ocurrirán como se mencionó anteriormente. La caja puede colapsar (como lo señalan otros respondedores) o no . Si el material de la caja es lo suficientemente fuerte como para resistir la mayor presión atmosférica fuera de la caja, no se contraerá ni colapsará .

Conclusión: No hay diferencia entre (1) llenar un contenedor con vacío parcial en el espacio exterior y transportarlo de regreso a la tierra, y (2) crear un vacío parcial dentro de un contenedor en la tierra usando una buena bomba de vacío.

Gracias por la A2A.

El espacio

Lo que realmente significa depende de a qué parte del “espacio” acudió. El espacio interplanetario tiene bastantes protones, electrones y otras cosas que flotan alrededor; el espacio interestelar es mucho más enrarecido; y el espacio intergaláctico es aún más vacío, pero todavía hay muchas partículas por ahí.

Cualquier “caja vacía” que podría construir tendría más átomos pegados a las superficies internas de lo que necesitaría para reducir el vacío a un nivel interplanetario desde la “desgasificación”, por lo que los efectos de llevarla al espacio exterior y volver probablemente no se notarán . Podría estar equivocado, pero no lo creo.

Cuando lo lleve a casa, la caja estará bajo la presión externa de la atmósfera (aproximadamente 14.6959 libras por pulgada cuadrada). Si se colapsaría o sería comprimido por este diferencial de presión, depende de la robustez en que se construyó.

De acuerdo, la respuesta es relativamente simple y no requiere comprender la física cuántica ni entrar en la semántica de lo que es el “espacio”.

Voy a interpretar la pregunta de que entras en un lugar que está tan vacío como puedes estar en el Universo y dibuja una caja de metros cúbicos imaginaria alrededor de una región del espacio, lo que está dentro de él.

Cuando te alejas de las galaxias, regresas a un estado muy simple descrito por la cosmología del Universo primitivo.

Lo más intuitivo es que hay átomos alrededor. El promedio para el Universo es de aproximadamente 2 nucleones por metro cúbico. El 75% de los nucleones están en hidrógeno y el 25% en helio. Eso significa que tendrá 1 a 2 átomos de hidrógeno en una caja de un metro cúbico y un 10% de probabilidad de tener un átomo de helio. Hay pequeñas cantidades de trazas de litio y berilio remanentes de las secuelas de la Bigang Nucelosíntesis, pero estas son significativamente más raras.

También hay fotones sobrantes del Big Bang en forma de radiación de fondo de microondas cósmica. Hay aproximadamente 10 ^ 10 fotones por nucleón, por lo que tendrá aproximadamente 10 mil millones de fotones en su caja de metros cúbicos con una temperatura de 2.7K.

También quedan neutrinos del Big Bang, estos son aproximadamente similares en número a la cantidad de fotones, por lo que terminará con unos 10 mil millones de neutrinos en su caja (por supuesto, su caja no podrá contenerlos). y ellos simplemente volarán a través de).

Finalmente hay materia oscura. Hay aproximadamente 5 veces más densidad de masa en materia oscura que en átomos. Pero como no conocemos la masa de la materia oscura, no podemos decir a cuántas partículas de materia oscura corresponde. Si tuvieran la misma masa que los protones, entonces habría un promedio de 10 partículas de materia oscura en su caja de metros cúbicos. Pero la materia oscura podría tener una masa que es 10,000 veces más que la materia oscura, lo que significa que solo tendrías 1/1000 de probabilidad de tener una sola partícula mate oscura en tu caja, o podría ser tan clara como 10 ^ – 10 más ligero que el protón, lo que significa que habría 10 mil millones de partículas de materia oscura en su caja.

El vacío del espacio-tiempo está lleno de campos cuánticos. Esos campos alternan entre la energía y la materia todo el tiempo. Eso se llama espuma cuántica. Todo el espacio-tiempo está lleno de radiación electromagnética que cubre todo el espectro de frecuencias. Así que el espacio vacío no es realmente vacío.

Vendrá con vacío e inmediatamente estará bajo presión atmosférica, lo que actuará sobre él para lograr que la caja alcance el equilibrio. El resultado será que la caja se aplastará parcial o completamente.

Eso es imposible, el espacio es vacío, el espacio no toma, bueno el espacio. Es imposible poner nada dentro de una caja porque nada es solo eso, nada. El espacio es lo que no llamamos nada, inexistencia si eso tiene sentido.

No se puede llenar la casilla con espacio. Habrá algunos protones en la caja y puede haber una o dos moléculas de hidrógeno si tuvieras suerte. Cuando traigas la caja a la tierra se comprimirá.

lata de gasolina llena de espacio

El espacio vacío no está vacío. Lo apoyo con un video de VERITASIUM que explica esto con bastante claridad.