真空真的“一无所有”吗？那里或隐藏着宇宙终

何为“真空”？

我们的日常生活中，经常会听到“真空”的概念，比如说最常见的“真空食品包装”。但我们通常所说的“真空”只是一种“把空气抽出来”之后的状态，且不说能不能完全把空气抽干净，即使能抽干净，就真的是“真空”吗？

显然并不是，比如说一个玻璃瓶，即使里面的空气完全抽干净，里面还会有一些东西存在，比如说最常见的光，还有中微子，各种宇宙辐射等。

再退一步讲，即使以上这些东西都没有，瓶子里真的什么都没有了吗？

仍然不是，不管你如何清理瓶子里面的东西，你都无法清理掉一样东西：空间（时空），你不可能把瓶子里面的时空清理掉。

这说明了一点：绝对的“真空”是不存在的，起码目前人类无法制造出绝对的真空。

事实上，人类历史上对真空的认知和辩论从来就没有停止过，“真空”看起来如此的单调，但其实里面隐藏的东西是如此的丰富多彩，也正因为如此大的反差，“真空”的概念不但让古代人类捉摸不定，即使现代科学家也会为“真空”感到苦恼。

从人类文明开始以来，人们对真空的争论就一直存在：真空在现实中到底有没有可能存在？

比如说，著名哲学家亚里士多德就曾提出“自然界非常厌恶真空”的观点，它认为自然界根本不允许真空的存在。这也是为什么在我们费尽心机想制造一些真空的时候，大自然总是会“阻止”我们这样做，总是会让真空中出现某些东西。

不过当时人们受制于非常有限的科学知识，对于真空的认知基本上停留在哲学思想阶段，很难用实践来证明。而直到17世纪左右，人类才真正开始用科学物理实验手段来了解真空。

17世纪中叶，意大利著名科学家托里拆利做了这样一个实验。

在一条大约1米长的玻璃管中注满水银，用手指堵住玻璃管的一端，另一端倒着放在装满水银的盆中，结果他发现了一个惊人的现象。

观众的水银柱末端只有大约76厘米高，而玻璃管的上方大约24厘米的高度是没有水银的，也不可能有空气存在，因为整个过程空气没有机会进入玻璃管中。

玻璃管上方的24厘米到底是什么呢？托里拆利认为就是“真空状态”。整个实验也被叫做“托里拆利实验”，实验的装置其实就是人类发明的最早的气压计。后来经过不断改良，人类也制造出了第一个真空泵。

在之后的几百年时间里，人们更好地掌握了制造真空的技术，“真空物品”越来越多地出现在我们生活中。也正因为如此，科学家对真空的好奇心越来越强：真空真的是“空无一物”吗？如果不是，那里到底还有什么？

在宏观世界，我们看到的真空好像真的是“一无所有”，但其实远非如此。如果我们把真空一步步放大，放大到量子世界层面，会发现真空比我们想象的要复杂得多，甚至比我们的宏观世界还要复杂。

就如刚才所说，一个玻璃管里的空气都抽干净，玻璃管里的空间与外界完全隔离，没有任何光，辐射，中微子等进入玻璃管内，甚至那里的温度达到绝对零度，玻璃管内的空间也绝非“什么都没有”，恰恰相反，那里非常活跃。

根据量子力学的诠释，那里无时无刻不在上演“量子起伏”，成对的虚粒子随机衍生出来，然后瞬间消失。衍生的方式是通过“赊借”能量，消失之后把能量归还给真空，总能量保持守恒。只要虚粒子衍生然后消失的速度足够快，这一切都可以发生。这种虚粒子的不断衍生消失让真空保持“激发态”。

而一般情况下，如果真空真的什么都没有，那么我们可以说真空处于“基态”，真空总的能量应该是零。但事实并不是这样。由于量子力学中的不确定性，任何物理态的能量值都会存在一定的波动，而且时间间隔越短，能量波动就越大，两者的关系如下：

所以即使是我们所说的真空，内部其实是很活跃的，不确定性意味着衍生出来的虚粒子也有一定的波动，根据热力学定律，即便是真空环境也不可能达到绝对零度。不仅如此，早某个瞬间，真空的能量波动甚至是非常大的，可以在产生很多的虚粒子对。

这些虚粒子并不是真实的粒子，与我们现实中所说的粒子（比如说电子）并不一样，现实中我们观察不到虚粒子的存在，因为一旦我们实施了观测，虚粒子对变回瞬间发生碰撞然后湮灭了。

文章来源：《真空科学与技术学报》 网址: http://www.zkkxyjsxb.cn/zonghexinwen/2021/0412/630.html