真空不空，量子力學讓物理步入禪境！

什麼是真空？

真空，顧名思義就是真的是空的，但是按照現代科學的觀點來看，真空並不「空」，真空中充滿了各種不斷波動的粒子，它們出現後卻又在瞬間消失，這些粒子常被稱為虛擬粒子。自從nature報道瑞典查爾姆斯理工大學的科學家在真空中捕獲到了不斷出現和消失的光子，成功將虛擬光子轉變成真實光子以來，關於真空的討論便步入無中生有的禪境。

跟我學物理網賈蘭華老師說：真空這個問題既古老又新穎，雖然一代又一代的物理學家對它做出了回答, 但其答案並不是沿著某一種論點逐漸深化，而是不斷地變革和否定。縱觀物理學的發展史, 可以看到, 任何一個時期, 人們對真空的認識始終與當時物理學基本理論的進展密切相關，每當後者有突破性進展時, 必然使人們對前者在認識論上發生根本性的改變。

在動嘴皮子的時代，有關真空的討論大都屬於哲學範疇，是沒有什麼結論的。如早在公元前五世紀，德漠克利特就提出原子和虛空的學說，他認為, 無限的宇宙之中包含著無限的原子和無限的虛空，原子是所有實體的構成物，虛空是原子運動的場所，原子是絕對的充滿，其中沒有任何空隙，虛空是絕對的空，其中不包含任何物體。而亞里士多德是不相信什麼原子說的，在他眼裡整個宇宙由五種物質構成的，土、氣、水及火組成了地球，天堂由無質量且永恆的第五種元素「以太」構成。所有的空間至少被其中的一種物質填充，不存在「無物」的空間，也就是所謂的「大自然厭惡真空」。

到了十七世紀，物理學家托里拆利讓「真空」進入實驗時代，他鼓搗出來一截沒有空氣的真空管，這就是中學課本上著名的托里拆利實驗。將一根一端封閉的長玻璃管灌滿汞，並倒立於汞槽中時，管中汞面下降，當汞柱不動時，玻璃管汞面上的空間就形成了真空，76厘米高的汞柱是因為存在大氣壓力的緣故。物理學家帕斯卡同樣證明托里拆利真空是確實存在的，他給真空的定義是：真的空間，排出去一切物質。

真空真的把一切都排除出去了嗎？就在人們對此深信不疑，亞里士多德的觀點被打入地獄之際，19世紀電磁學的產生讓真空不空的觀點再一次峰迴路轉，至少人們知道，電磁波是可以存在在真空里的，於是人們將真空引申為沒有物質（有質量粒子）存在的空間。

給真空賦予嶄新物理內容的是狄拉克。他提出真空是充滿了負能態的電子的狄拉克海的概念。當負能態的電子吸收了足夠的能量躍遷到正能態成為普通電子時，電子海中就留下可觀測的空穴，即正電子。隨著正電子的發現，狄拉克海的概念就廣為人們接受了。

從現代量子場論的觀點看，真空是有質量粒子的量子場的基態。在場論中，每種粒子對應於一種量子場，粒子就是場量子化的場量子。當空間存在某種質量粒子時，表明這種量子場處於激發態；不存在粒子時，就意味著場處於基態，也即真空。

也許上述論述對於親們理解起來有點困難，通俗點說：我們的世界是一片大海。平靜時是真空，有風浪時便創造出來大量物質，當然絕對平靜的大海是沒有的，偶爾也會翻起幾朵浪花，就是在真空中，場在基態時，也會有粒子出現，只不過隨之又湮滅消失，質量粒子來自真空的激發已經成為被當代多數物理學家接受的概念。

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