太空真的是空的嗎？

太空其實不是空的，太空的任意一處充滿了氣體、塵埃、來自恆星的帶電粒子風、來自恆星的光、宇宙射線、大爆炸遺留下來的輻射、引力、電場和磁場以及核反應中的中微子。太空中也有兩種我們無法直接探測到的東西：暗物質和暗能量。即使所有這些東西都可以從某個特定的太空區域被移出並被阻擋在外，仍然有三樣事物是我們永遠無法移除的：（1）真空能量，（2）希格斯場，（3）時空曲率。

真空能量（也稱為真空漲落或零點能量）源自大量的粒子和反粒子對在空間中突然出現，並且湮滅消失。真空能量會產生非常實際的影響，因為它會減弱或隱藏電場。真空漲落並不是某種奇異的、未經檢驗的理論產物，它是許多日常現象的基礎，比如激光非常依賴真空漲落的存在。當一束激光產生時，就會得到相干光發射的一個鏈式反應，這個鏈式反應是由真空漲落引起的。

同樣地，放射性衰變也是由真空漲落引起的，如考古學家利用碳14測年法確定材料年代。真空能量可以通過卡什米爾效應來測量，即兩個未帶電的金屬球非常接近，真空能量會使它們相互吸引。當它們距離足夠小的時候，這種吸引力是由於真空能量支配了引力和電磁效應。真空能量也解釋了氫原子能級的蘭姆位移。真空能量是主流物理學已經確立的一個原則，但利用真空漲落作為能源的自由來源是偽科學。

第二，希格斯場無處不在，它給許多粒子賦予了質量。根據質能守恆定律，在一個封閉的系統中不能產生或破壞質能。因此，當希格斯場給一個粒子提供質量時，它是通過從真空中提取能量來實現的。2012年，在歐洲核子研究中心的大型強子對撞機中首次實驗驗證了希格斯場的存在，因此引起轟動。

最後，根據愛因斯坦的廣義相對論，時空曲率是空間本身的固有屬性。質量給予空間曲率來作用於空間，而空間通過讓它們在彎曲結構中運動來作用於質量。質量在彎曲時空中以直線運動的現象被稱為引力，衛星在軌道上的彎曲軌跡實際上是彎曲空間中的一條直線。一個沒有質量的空間仍然有一個形狀，它仍然有愛因斯坦的度規場。因為引力就是空間本身的形狀，所以沒有辦法從空間的一個區域中吸出引力或隔絕引力。因此，即使是最空蕩的物理真空也總是有一個曲率場。

因此，即便是完美的「虛無」空間總是會有真空能量、希格斯場和時空曲率。而像太空這樣的標準真空，也有氣體、塵埃、風、光、電場、磁場、宇宙射線、中微子、暗物質和暗能量。儘管這些事物遍及太空，但對於地球上習慣處於一層稠密空氣中的人類來說，太空似乎是空的。下面總結了這些概念：

物質

例子：有形天體、氣體、塵埃、太陽風、宇宙射線、μ介子。

可移除性：使用厚壁和真空泵可移除。

光

例子：星光、熱輻射、宇宙背景輻射、無線電波、電磁場。

可移除性：在接近絕對零度下，使用厚厚的導電壁可移除絕大部分。

中微子

例子：太陽中微子、來自放射性塵埃的中微子。

可移除性：利用比地球還厚的牆壁可移除。

暗物質

例子：銀河暈、星系間的細絲。

可移除性：未知，可能無法移除。

真空能量

例子：粒子-反粒子對瞬間憑空產生。

可移除性：不可移除。

希格斯場

例子：希格斯粒子耦合、希格斯玻色子。

可移除性：不可移除。

空間曲率

例子：引力、宇宙結構、暗能量。

可移除性：不可移除。

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