真空真的是“什么都没有”吗？真空的奥秘完全超乎我们想象！

真空，从字面上来理解就是“什么都没有”，不过这样的真空是不存在的。物理学上对真空的定义是，除了时空之外，完全虚无的状态。也就是说，只有时空，其他什么都没有的状态就是真空。

那么这样的真空是否存在呢？

古代人类对真空就很好奇，不过当时的科技水平受到很大限制，人们对真空的认知更多的只停留在思想实验层次，甚至需要哲学思想去理解真空。

人类对真空真正的认识开始于17世纪。1641年，物理学家托里拆利做了这样的实验，实验很简单。

一根一米长的管子注满水银，然后用手堵住管子的开口，倒放在装满水银的槽里。之后他发现管里的水银长度下降到76厘米，最上端出现了24厘米的真空状态。

其实这就是最早的气压计。那么水管上面24厘米高的真空环境果真是“真空”吗？

如今我们知道，那24厘米高的局部不可能是真空，因为虽然看起来什么都没有，但由于宇宙中充满了各种能量的电磁波，它们能轻易穿透物体。所以那24厘米高的环境不会是真空，各种电磁波会穿过那里，还有我们看不到的中微子，它们无处不在。

那么，如果把所有的电磁波，中微子等微观粒子全部去除掉，剩下的环境就是真空环境了吗？

同样不是。虽然从宏观上来看，好像只有时空，其他什么都没有了，但如果我们把所谓的真空不断放大，到了微观世界，我们就会有不一样的发现。

因为在量子层面，真空远比我们想象的更复杂。即便我们能去除真空中的一切物质，甚至让真空的温度达到绝对零度，真空也不会是绝对的真空。

基于量子力学发展起来的量子场论认为，所谓的真空，其实时刻充斥着不同类型的量子场，每种量子场都对应着一种基本粒子。通常情况下，量子场处于基态，也是最稳定的状态，就像风平浪静的大海一样。

不过根据量子力学的不确定性，时间和能量的不确定性必须不小于一个常数，这意味着处于基态的量子场一定会存在波动，而且时间越多，能量波动就越大。这就像温度不可能达到绝对零度，速度不可能超越光速一样，量子场也不可能完全处于基态，它一定会受到扰动从而成为激发态。

在某一瞬间，量子场的波动可能非常大，这样真空就能凭空衍生出一对正反虚粒子，这并不违反能量守恒定律，因为衍生出来的正反虚粒子会瞬间湮灭消失。

之所以被称为“虚粒子”，就是因为我们不能直接观测到它们的存在，与真实存在的粒子有些不同，严格意义上来讲，虚粒子并不是粒子。

你可能会问：既然看不到虚粒子，怎么确定它们的存在呢？

虽然看不到，但我们可以根据它们与真实存在的粒子发生作用，进而确定虚粒子的存在。具体过程这里就不详述了。

总的来说，真空不空，真空也拥有能量，也就是所谓的“真空零点能”，真空中时刻存在真空波动，看起来就像是平静的海面突然变得汹涌澎湃一样。

真空不但拥有能量，而且拥有的能量多少还是相对的。也就是说，真空也有等级之分，有些真空相对来讲比较空，而有些真空就不那么空。

著名的物理学家卡西米尔曾经在1948年做过这样的实验，在真空中让两张薄金属片相互靠近，由于金属片不带电，所以它们不会相互吸引或排斥。

不过，当金属片靠得足够近的时候，奇怪的事情发生了，两张金属片竟然开始相互靠近，好像两者之间产生了引力一样。

这其实就是卡西米尔效应。并不是金属片相互吸引，原因在于，由于两张金属片靠得足够近，内侧的波动会受到限制，只有波长更短的波动才可以存在。而金属片外侧的波动不会受到任何限制。

于是外侧的波动就比内侧的波动更多更剧烈，外侧衍生出来的虚光子就会更多，进而挤压金属片，让两张金属片相互靠近。

那么有没有什么办法让虚粒子变成我们能观测到的真实粒子呢？从而可以无中生有获取能量？理论上确实能让虚粒子变成真实的粒子，但并不能凭空获取能量。

比如说，上面所说的卡西米尔效应，我们可以来来回回地不断拉扯其中一片金属片，让两张金属片不断靠近然后远离，一直重复这个动作，在和这个过程中，某些本应该湮灭的虚粒子对，可能会因为金属片的不断移动找不到自己的“另一半”，从而变成真实的粒子。

这个过程并不能无中生有，因为我们也付出了能量！

类似的还有霍金提出的“霍金辐射”，黑洞事件视界附近会衍生出虚粒子对，通常情况下它们会瞬间湮灭，但某个偶然情况，某个虚粒子被黑洞吞噬，另一个虚粒子就会逃逸到太空成为真实的粒子，这个过程表现出来的就是黑洞的蒸发，黑洞就是通过这种方式不断蒸发，最终消失的！