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。

　　你肯定会提出这样的质疑：既然我们观察不到虚粒子，又该如何证明它们的存在呢？

　　这是个很好的问题，但其实也是个“很笨”的问题，因为在宇宙探索的过程中，大多数物质我们都无法直接观察到，宇宙实在太大了，很多时候我们只能通过间接的手段确定某个事物的存在。虚粒子也是如此。

　　虽然我们无法直接观察到虚粒子，但虚粒子可以与现实中真实存在的粒子发生作用，于是科学家就可以通过研究分析这些相互作用来确定虚粒子的存在。

　　比如早在1947年物理学家兰姆与其学生卢瑟福就发现“真空”中存在某种真空波动，这种波动影响氢原子核的电势，根据量子电动力学的诠释，这种真空波动真是真空中存在的虚电子与虚正电子的真空波动。

　　所以说，绝对的真空是不存在的，真空也拥有能量，也就是所谓的“零点能”。虽然名字是“零点能”，远不意味着真空的能量就是零，事实上那里存在能量巨大的真空波动，究竟有多大能量，目前仍旧是一个巨大的谜团。

　　真空具有能量，同时真空其实也是一个相对的概念。

　　科学家曾经做过这样的实验。在真空中放置两片平行的不带电荷的金属板，把它们无限靠近。金属板内侧空间的真空波动会出现筛选机制，只有波长小于某个特定波段的电磁波才可以在内侧存在，而外侧不受这样的限制。

　　于是金属板外侧的电磁波真空波动会多于内侧，就会出现内外的能量差异，外侧的真空涨落会强于内侧，造成的结果就是金属板外侧的压力比内侧强，金属板就表现出某种无形的吸引力。这也是著名的“卡西米尔效应”，实验也在1996年得到证实。

　　说点题外话：虽然真空中存在巨大能量，但要想计算出究竟有多大的能量是非常复杂的，其中涉及到量子场论中深奥的课题：重整化，计算过程中甚至会出现1+2+3+4+......=-1/12这样“违反数学规律”的发散无穷极数，这里就不做详细说明了，感兴趣的可以搜索相关话题自行研究。

　　说重点，既然真空蕴藏着很大的能量，我们能否利用这种能量呢？

　　理论上确实可以，只要是能量就可以利用。但是获取的方式并不像我们平时从大自然获取能量那样，因为根据热力学定律，能量是不能无中生有的，首先需要在真空中打破热平衡，做局部的能量差异才可以，而这个过程我们付出的能量也不会比真空中获得能量多，这种获取能量的方式显示没有多大实际意义，起码目前是这样。

　　就像上面所说的“卡西米尔效应”，我们需要把两块金属板不停地来回来拉拽，加速移动两块金属板才可以让虚粒子转化为真实的光子，然后获取能量，但这个过程我们需要首先付出巨大能量。说白了，能量之间只能相互转化，绝不会真的出现“无中生有”！

　　人类对真空研究并未停止，那里或隐藏着更深的宇宙奥秘，因为宇宙大爆炸理论告诉我们，浩瀚宇宙就诞生于“无中生有”！关于真空的本质，我们还有很长的一段路要走！