真空不空，量子力学让物理步入禅境！

什么是真空？

顾名思义，真空实际上是空的，但从现代科学的角度来看，真空并不是“空的”。真空充满了各种不断波动的粒子，它们出现后会在瞬间消失。这些粒子通常被称为虚拟粒子。自从《自然》杂志报道，瑞典查尔莫斯理工大学的科学家们在真空中捕捉到不断出现和消失的光子，并成功地将虚拟光子转化为真实光子后，关于真空的讨论进入了一种禅宗状态，即无中生有。

和我一起学习物理的贾老师说:真空的问题既有新的也有旧的。虽然几代物理学家已经回答了这个问题，但答案并不是沿着某个论点逐渐深化，而是不断地改变和否定它。纵观物理学史，我们可以看到人们对真空的理解一直与当时任何一个时期物理学基础理论的进步密切相关。每当后者取得突破性进展时，人们将不可避免地对前者的认识论进行根本性变革。

在口惠而实不至的时代，关于真空的讨论大多属于哲学范畴，没有结论。早在公元前5世纪，德·托特就提出了原子和虚空的理论。他认为，无限的宇宙包含无限的原子和无限的虚空，原子是所有实体的组成部分，虚空是原子运动的地方，原子是绝对充满的，其中没有空隙，虚空是绝对空的，其中不包含任何物体。亚里士多德不相信原子说的话。在他看来，整个宇宙由五种物质组成。地球、气体、水和火构成了地球。天堂是由第五种元素“以太”组成的，它没有质量，也是永恒的。所有空间都至少填充了一种物质。没有“空”的空间，这就是所谓的“自然讨厌真空”。

17世纪，物理学家托里切利让“真空”进入了实验时代。他制造了一个没有空气的真空管，这是高中教科书中著名的托里切利实验。当一端封闭的长玻璃管装满汞并倒置在汞罐中时，玻璃管中的汞含量会下降。当水银柱不动时，玻璃管中水银液面上的空间形成真空。76厘米高的水银柱是由大气压力造成的。物理学家帕斯卡也证明托里切利真空确实存在。他将真空定义为:驱逐所有物质的真实空间。

真空真的排除了一切吗？正当人们坚定地相信这一点，亚里士多德的观点被推向地狱时，19世纪电磁学的出现使真空不是空的观点又一次反复出现。至少人们知道电磁波可以存在于真空中，所以人们把真空扩展到一个没有物质(有质量粒子)存在的空间。

狄拉克赋予真空新的物理内容。他提出了真空是充满负能量态电子的狄拉克海的概念。当处于负能量状态的电子吸收足够的能量转变成正能量状态并成为普通电子时，可观察到的空穴，即正电子，就留在了电子海中。随着正电子的发现，狄拉克海的概念已被广泛接受。

从现代量子场论的角度来看，真空是有质量粒子的量子场的基态。在场论中，每个粒子对应一个量子场，粒子是场量子化的场量子。当空间中有质量粒子时，它表明量子场处于激发态。没有粒子意味着场处于基态，即真空。

也许上面的讨论对我的亲戚来说有点难以理解。坦率地说，我们的世界是一片海洋。平静是一个真空，当有风暴时，会产生大量的物质。当然，没有绝对平静的大海。偶尔会出现一些浪花。即使在真空中，当磁场处于基态时，粒子也会出现，但会随之消失。从真空中激发质量粒子已经成为大多数当代物理学家接受的概念。