真空真的是“空无一物”吗？实际上真空比现实世界更“热闹”！

真空，单从名字来看，应该是“空无一物”或者“什么都没有”，不过真空的真实状态并不像它的名字那样，甚至恰恰相反，真空甚至比我们的现实世界更“热闹”。

其实人类很早就已经开始接触有关真空的概念了，甚至利用真空为人类服务，比如说抽水泵，就是一种真空机械。

抽水泵产生的力，正好可以达到10米水柱的重量，一旦超过这个重量就拉不动了。当然这不是偶然，也不是说抽水泵的质量不好，而是必然的。因为抽水泵利用的就是大气压来工作的，大气压力是固定的。当然也不排除现在我们还利用了其他力，可以超过10米的水柱，那就是另一回事了。

而1641年，托里拆利做了一个著名的实验，让人们看到了真空环境的存在。实验很简单，把一根1米长装满水银的玻璃管，倒放在装满水银的盆内，玻璃管内水银的高度会降至76厘米高，在玻璃管最上方留下24厘米高的真空状态。当然，如今我们知道，那是因为大气压的作用。

那么，玻璃管上方的24厘米真空状态，里面到底有没有物质呢？真的是“空无一物”吗？

当然，不能是“绝对的真空”，里面还会有某些东西的。首先气体是不可能完全抽干的，还有各种辐射存在，不可能完全清除掉。

不过，物理学家们一度认为，之所以制造不出绝对的真空，完全是技术手段跟不上导致的。如果人类科技足够发达，能够制造出足够精密的仪器，完全有可能制造出绝对的真空。

这里就出现了两类真空：技术真空和物理真空。简单来讲就是，仅仅把气体抽出来的方式得到的真空就是技术真空，就比如托里拆利做的实验，玻璃管上方24厘米的高度就是技术真空。而完全没有任何粒子的真空就是物理真空。物理真空可以看作是技术真空的极限。

很多物理学家对物理真空提出了质疑，认为物理真空不可能存在。比如说爱因斯坦，用场论观点研究引力现象时，意识到空无一物的绝对真空是不现实的，他甚至提出所谓的物理真空就是引力场的某种特殊状态。

而赋予物理真空真正含义的是著名物理学家狄拉克。

狄拉克在1928年把量子力学和狭义相对论结合起来，创建了描述电子运动的方程，狄拉克方程。该方程能准确描述电子的运动，与实验结果完全吻合。

不过，方程的解很奇特，包括正能态和负能态两种。狄拉克本人也因此预测了正电子的存在，认为正电子就像是电子的一个镜像，除了电荷相反之外，其他属性都相同。

在当时很多物理学家眼里，正电子的概念太疯狂了，受到很多学者的质疑。最重要的是，物理学家们从来没有在实验室找到正电子存在的证据。甚至连狄拉克本人都不敢相信他自己的预言。

不过，很快狄拉克的预言就被证实了。美国物理学家安德森在研究宇宙射线在磁场中的偏转情况时，偶然发现某个粒子的运动轨迹与电子完全一样，只是弯曲的方向正好与电子相反。这个粒子就是狄拉克预言的正电子。

问题是，正电子与真空有什么关系呢？

物体的能量都是正的，给物体施加一个力，这个物体就会朝着力的方向运动。但是正电子正好相反，如果你给正电子施加一个力，正电子反而会向力的反方向运动，这太不可思议了。

狄拉克大胆提出了这样的观点，他认为没有任何粒子的物理真空，其实也是充满了无数正电子，就像正电子海洋那样，正电子充满了整个物理真空。正电子会通过吸收能量转变为负电子，然后正电子海洋里就留下了一个“空白”。

当然，物理真空也可以由其他粒子和反粒子组成。

狄拉克的观点赋予了物理真空新的定义：真空不空。在所谓的物理真空中，正反粒子对会不断产生，湮灭，然后不断重复这个过程，产生湮灭的过程非常短，瞬间完成。而这些瞬间产生湮灭的粒子，被称为“虚粒子”。

其实，这就是量子涨落的过程。科学家早在半个多世纪前就证实了量子涨落产生“虚粒子”的证据，著名的“卡西米尔效应”就是最好的证明。

在真空中放置两个非常薄的不带电金属片，让金属片不断靠近，当两者的距离非常短时，就会产生吸力，好像有外部力量推着金属片一样。

真空中会涨落出各种虚粒子对，靠得非常近的金属片，会把波长更短的虚粒子对挤压出去，导致金属片内侧的虚粒子对密度比外侧更小，由此产生了压力差，导致金属片相互靠近。

上世纪末，物理学界对卡西米尔效应进行测量，测量结果与理论计算值完全吻合。不过卡西米尔效应只会出现在微观层面，在10纳米的间隙上，卡西米尔效应可以产生一个大气压的压力，其实是非常可观的，太空中从来不缺真空，科学家们甚至畅想未来的星际旅行可以利用卡西米尔效应获取动力。

总结

能够看出，所谓的真空不但一点也不空，反而非常热闹，甚至比我们的现实世界更加热闹。那里随时会衍生出虚粒子对，然后瞬间消失，就像沸腾的海洋那样“生机勃勃”！