miniatura|Una cambra de buit En física clàssica, el concepte de buit s'aplica a un espai sense aire o d'altres fluids i, en general, mancat de qualsevol tipus de matèria, però en el qual es poden propagar els camps. Tanmateix, en física relativista i en física quàntica, el concepte de buit no es correspon amb el no-res.
En la pràctica, el "buit absolut", la manca total de matèria, és impossible d'aconseguir de manera estricta. Els físics discuteixen sovint els resultats d'experiments ideals en condicions de buit absolut, però utilitzen el terme de "buit parcial" quan es refereixen a les condicions reals que poden ser assolides als laboratoris o amb les diferents màquines que permeten aconseguir el buit. També s'utilitza el terme llatí in vacuo per a descriure un objecte que està en el buit.
La qualitat del buit dependrà de quant s'acosta a un "buit absolut"; en un "buit parcial", les poques partícules que resten exerceixen una determinada pressió sobre les parets del recipient que les comprenen, per això el buit parcial s'expressa en unitats de pressió i sovint es compara amb la pressió atmosfèrica normal (la pressió que exerceix l'atmosfera a nivell del mar). La pressió és una manera de mesurar en quin grau s'ha aconseguit crear el buit en un recipient, és una mesura de la qualitat del buit assolit. La unitat de pressió del sistema internacional és el pascal (Pa), però de vegades també pot ser expressada com a percentatges de la pressió atmosfèrica en bars o atm (atmosferes). Per exemple, una aspiradora produeix prou succió com per a reduir la pressió d'aire al voltant del 20%. Però es poden assolir millors qualitats de buit; així, es parla de buit elevat i d'ultrabuit (UHV, de les sigles angleses dUltra high vacuum); les cambres d'ultrabuit, habituals en química, física i enginyeria, operen per sota d'una bilionèsima (10−12) de la pressió atmosfèrica, i poden arribar a aproximadament 100 partícules/cm³. L'espai exterior és un buit de més qualitat encara; equival a uns pocs àtoms d'hidrogen per metre cúbic de mitjana. Aquesta font estima una densitat de per al Grup Local. Una unitat de massa atòmica és , al voltant de 40 àtoms per metre cúbic. No obstant això, fins i tot si tots els àtoms i partícules poguessin ser tretes d'un volum determinat, deixaria de ser "buit" a causa de les fluctuacions del buit degudes a les partícules virtuals, a l'energia fosca i a altres fenòmens de la física quàntica.
El buit ha estat un tema freqüent de la filosofia des de l'antiga Grècia, però no va ser estudiat empíricament fins al . Evangelista Torricelli va crear el buit en un laboratori per primer cop el 1643; a partir de les seves teories sobre la pressió atmosfèrica, es van desenvolupar algunes tècniques experimentals. El buit va esdevenir una valuosa eina industrial durant el amb la introducció de la bombeta incandescent, la vàlvula electrònica, el tub de raigs catòdics de la televisió i una variada gamma de tecnologia que utilitzava el buit. El desenvolupament recent dels vols espacial tripulats ha despertat interès sobre l'impacte del buit sobre la salut humana i sobre la vida en general.
Aplicacions del buit El buit és útil en una gran varietat de processos i dispositius; la generalització del seu ús va arribar amb la bombeta incandescent per tal de protegir el filament de la degradació química. La inèrcia química produïda pel buit també és útil en la soldadura per feix d'electrons, la soldadura en fred, l'envasat al buit o la fregidora al buit.
L'ultrabuit s'utilitza en l'estudi dels substrats atòmicament nets, ja que només un buit de molt bona qualitat conserva netes les superfícies a escala atòmica durant un temps raonablement llarg (de l'ordre dels minuts fins als dies). L'alt a o el molt alt buit elimina l'obstrucció de l'aire i permet que els feixos de partícules dipositen o retiren material sense contaminació. Aquest és el principi que hi ha darrere de processos com la deposició química de vapor, la deposició física en fase vapor o el gravat sec, que són essencials per a la fabricació de semiconductors, el recobriment òptic i la ciència de superfícies.
La reducció de la convecció tèrmica proporciona l'aïllament tèrmic en un termos. El buit disminueix el punt d'ebullició dels líquids i promou la desgasificació a baixa temperatura que s'utilitza en la liofilització, la preparació d'adhesius, la destil·lació al buit, la metal·lúrgia, o en els processos de depuració. Les propietats elèctriques del buit fan possible el funcionament dels microscopis electrònics, les vàlvules electròniques, o els tubs de raigs catòdics. L'eliminació de la fricció de l'aire és útil per al funcionament de la bateria inercial i les ultracentrífugues.
El buit s'utilitza habitualment per a produir aspiració, i aquesta característica s'utilitza en una gran varietat d'aplicacions. Per exemple, la màquina de Newcomen utilitza buit en lloc de pressió per a impulsar un pistó. Al , el buit va ser utilitzat per a la tracció en un ferrocarril experimental per l'enginyer britànic Isambard Kingdom Brunel, en fer el buit a un tub el vehicle era aspirat. Els frens de buit van ser utilitzats en el ferrocarril a partir de mitjans del , però avui dia han estat substituïts pels frens pneumàtics d'aire comprimit.
Crear el buit Per crear el buit d'una manera senzilla, es parteix d'un cert volum, tancat hermèticament, i s'expandeix, creant un buit parcial dins del volum. Exemples d'aquest sistema es donen: als pulmons en respirar, que s'expandeixen i creen un cert buit a dins (la diferència de pressió dins i fora dels pulmons hi fa entrar aire), i també per aspirar, absorbir o succionar. El mateix principi es fa servir en màquines com l'aspiradora o bombes d'aire.
També es pot fer ús d'una bomba d'aire per a extreure l'aire dins una cambra de buit. A mesura que es va extraient l'aire, queden menys molècules que empenyin contra les parets de la cambra, amb la qual cosa es redueix la pressió del seu interior. D'aquesta manera, es pot aconseguir un bon buit, però a causa de les fuites, efectes d'evaporació i sublimació a les parets de la cambra i els altres elements, aquest mai no serà perfecte. El buit de Torricelli es creava omplint un recipient de vidre allargat i tancat en un extrem amb el mercuri i invertint-lo tot introduint-lo en un altre recipient que també contenia mercuri.How to Make an Experimental Geissler Tube, Popular Science monthly, Febrer del 1919, Escanejat per Google Books.
Altres tipus de buit
alt=L'espai exterior no és un buit perfecte, però conté un plasma dèbil inundat de partícules carregades,camps electromagnètics, i l'ocasional estrella.|dreta A part del buit creat artificialment, hi ha també buits creats per la natura. Aquest és el cas per exemple del buit en l'espai exterior. La pressió en l'espai és molt petita i es pot dir que el buit hi és quasi perfecte. Així i tot, hi ha moltes partícules a l'espai i no es pot dir, per tant, que sigui perfecte. Dins del sistema solar, la major part d'aquestes partícules provenen del Sol; és el que s'anomena vent solar. Aquest vent solar es compon majoritàriament de fotons, però també de protons i heli, components principals de la corona solar.
Les estrelles, planetes i llunes mantenen les seves atmosferes amb atracció gravitatòria, i, com a tal, no hi ha cap límit d'atmosferes clarament delineades: la densitat del gas atmosfèric simplement disminueix amb la distància de l'objecte. La pressió atmosfèrica de la Terra cau a prop de Pa a 100 km d'altitud, la línia de Kármán, que és una definició comuna de la frontera amb l'espai exterior. Més enllà d'aquesta línia, la pressió del gas isotròpic es converteix ràpidament en insignificant en comparació amb la pressió de radiació del sol i la pressió dinàmica del vent solar, de manera que la definició de pressió es torna difícil d'interpretar. La termosfera en aquest rang té grans gradients de pressió, temperatura i composició, i varia en gran manera a causa del clima espacial. Els astrofísics prefereixen utilitzar la densitat numeral per descriure aquests entorns, en unitats de partícules per centímetre cúbic.
Però, tot i que compleix amb la definició de l'espai ultraterrestre, la densitat de l'atmosfera dins dels primers centenars de quilòmetres per sobre de la línia de Kármán continua sent suficient per a produir importants resistències en els satèl·lits artificials. La majoria dels satèl·lits artificials operen en aquesta regió anomenada òrbita terrestre baixa i han d'engegar els motors cada dia per mantenir-ne l'òrbita. La resistència aquí és prou baixa, i en teoria podria ser superada per la pressió de la radiació en veles solars, un sistema de propulsió proposat pel viatge interplanetari. Els planetes són massa grans per a les seves trajectòries perquè es puguin veure significativament afectades per aquestes forces, malgrat que les seves atmosferes són erosionades pels vents solars.
Tot l'Univers observable està ple d'un gran nombre de fotons, també anomenada radiació còsmica de fons, i molt probablement un nombre corresponentment gran de neutrins. La temperatura actual d'aquesta radiació és d'aproximadament 3 K, o -270 graus Celsius o també -454 graus Fahrenheit.
Història Històricament, hi ha hagut molta controvèrsia sobre si una cosa com el buit podia existir; a l'antiga Grècia, els filòsofs no admetien l'existència d'un buit, es preguntaven com el "no-res podia ser alguna cosa". Plató, que trobava la idea del buit inimaginable, pensava que totes les coses físiques eren instàncies de formes ideals, i no podia concebre una forma "ideal" per al buit. De la mateixa manera, Aristòtil també considerava impossible la creació del buit. Més tard, els filòsofs grecs van arribar a pensar que el buit podia existir fora del cosmos, però no a dins. Heró d'Alexandria va ser el primer a qüestionar aquesta creença al , però no va reeixir en el seu intent de crear el buit artificial.
A la ciutat romana de Pompeia, es va trobar una bomba de succió de doble acció, cosa que demostra que els romans coneixien aquest tipus de tecnologia. S'utilitzava per a elevar l'aigua: la bomba tenia dos cilindres que eren accionats alternativament. Durant la fase de succió, una vàlvula inferior s'obria permetent l'entrada de l'aigua en el cilindre, mentre que una vàlvula superior romania tancada. Quan el pistó anava cap avall, la vàlvula inferior es tancava i s'obria la superior.
En el món islàmic medieval, el científic i filòsof medieval persa Al-Farabí (872-950) va dur a terme un petit experiment relatiu a l'existència del buit, en el qual va investigar amb èmbols manuals a l'aigua i va arribar a la conclusió que el volum d'aire es podia expandir fins a omplir l'espai disponible, i va suggerir que el concepte de buit perfecte era incoherent. No obstant això, el físic musulmà Ibn al-Hàytham (965-1040) i els teòlegs mutazilistes no van estar d'acord amb Aristòtil i Al-Farabí i van donar suport a la idea de l'existència del buit. Utilitzant la geometria, Ibn al-Hàytham va demostrar matemàticament que un lloc (al-makan) és el buit tridimensional imaginari entre les superfícies internes d'un cos que el conté. Al-Biruní també deia que "no hi ha evidència observable que exclogui la possibilitat del buit". La bomba de buit va ser descrita el 1206 pel científic, enginyer i inventor kurd Al-Jazarí; aquest giny no apareixeria a Europa fins al .Donald Routledge Hill, "Mechanical Engineering in the Medieval Near East", Scientific American, May 1991, p. 64-69 (cf. Donald Routledge Hill, Mechanical Engineering )Donald Routledge Hill (1996), A History of Engineering in Classical and Medieval Times, Routledge, p. 143 i 150-2 Taqí-d-Din (1526 - 1585) va inventar una bomba de sis cilindres que era capaç de crear un buit parcial.