我们对“真空”的想象，往往停留在生活经验里——抽走空气的包装袋紧贴食物，吸尘器管道内“清空”的空间，似乎都是“空无一物”的代名词。但当科学的镜头对准微观尺度，这片“空”却展现出远超想象的热闹：虚粒子对如幽灵般闪现又湮灭，量子场如暗涌的海洋持续波动，连宇宙诞生的“第一把火”都可能藏在其中。所谓真空，从不是寂静的深渊，而是微观世界最活跃的舞台，更是解开宇宙起源之谜的关键密码。
一、日常“真空”的表象：我们误解了“空”的本质
生活中常见的“真空”，本质是“低气压空间”。真空吸尘器通过风扇制造低压区，外界空气裹挟灰尘涌入；真空包装抽走氧气，延缓食物氧化。但这些场景里的“空”，不过是人类技术能力的局限——吸尘器内部仍有残留气体分子、微小尘埃；包装内难尽除水分子与微生物孢子。即使用最精密的仪器抽气，也无法彻底清空空间：宇宙微波背景辐射作为大爆炸的“余晖”，能穿透任何屏障；中微子以“幽灵粒子”之姿，每秒万亿次穿过我们的身体，连对撞机的真空腔都无法阻挡。
这种“空”是相对的，是宏观尺度下的近似。真正的“绝对真空”，需要彻底排除所有物质粒子、辐射与场的干扰，而这在现实中近乎不可能。科学对真空的探索，早已超越“有没有空气”的层面，转向更本质的问题：当所有已知物质都被移除，空间本身是否真的空无一物？
二、量子场论的颠覆：真空是“能量最低的海洋”
量子场论的诞生，彻底改写了人类对真空的认知。在这套描述微观世界的理论框架里，空间被无数量子场紧密填充，如同一片无边无际的“能量海洋”。我们熟悉的电子、光子、质子等基本粒子，不过是量子场被“激发”时泛起的“浪花”——当量子场处于能量最低的基态（即宏观视角的“真空”），表面看似平静，微观层面却暗潮汹涌。
以电磁场为例：宏观中无电荷、无电流时，电磁场“寂静”；但在量子尺度下，其基态始终存在随机波动。这种波动是量子力学的固有属性，由海森堡不确定性原理驱动——能量与时间无法同时精确测定，极短时间内，真空中的能量会出现短暂起伏，“借用”能量生成一对虚粒子（粒子与反粒子），又迅速湮灭归还能量。每一秒，每一寸真空中，都在上演着虚粒子对的“诞生-湮灭”戏剧，尽管过程仅持续10⁻²³秒，却让真空成为微观世界最活跃的“剧场”。
这种现象被称为“量子涨落”。它不仅证明真空不空，更赋予真空独特的能量状态——零点能。根据质能方程E=mc²，能量与质量等价，虚粒子对的短暂存在意味着真空蕴藏着巨大能量。理论计算显示，真空能量密度高达2×10¹⁰³J/cm³（这一数字远超宇宙中所有可见物质的总能量），尽管观测值与理论存在120个数量级的差异（被称为“宇宙常数问题”），但零点能的存在已被实验证实：兰姆移位实验中，原子内电子轨道因虚粒子对的扰动发生偏移；卡西米尔效应里，真空中两片金属板因量子涨落产生吸引力。这些实验铁证，让“真空空无一物”的旧观念彻底崩塌。
三、宇宙起源的新解：真空涨落或许是“无中生有”的起点
量子涨落的发现，更让宇宙起源的谜题有了新线索。传统大爆炸理论描绘了宇宙从奇点膨胀的过程，却未回答“奇点从何而来”。而量子涨落提供了一个颠覆性视角：宇宙诞生前的极早期，可能处于微观量子状态，如同一片充满不确定性的“量子海洋”。在这片海洋中，量子涨落随机发生，多数如涟漪般微弱，但在极端条件下，一次剧烈的涨落可能“借用”巨量能量，成为大爆炸的“导火索”——虚粒子对的能量被“固化”，不再湮灭，进而演化出物质与空间，完成从“无”到“有”的跨越。
这一理论让宇宙诞生不再是“无理由的突然事件”，而是微观量子规律与宏观演化的必然联结。它揭示了一个更宏大的真相：我们所见的星辰大海、万物生长，或许都源于亿万年前那片“空”中一次偶然的能量波动。
四、科普的意义：让“真空的秘密”照进现实
当我们谈论“真空不空”，不仅是在解构一个物理概念，更是在传递科学探索的本质——永远不要被表象束缚，永远保持对“常识”的质疑。在量子物理领域，这样的颠覆从未停止：从“光的波粒二象性”到“量子纠缠”，从“黑洞蒸发”到“弦理论”，每一次突破都在刷新人类对世界的认知。而科普的使命，正是将这些前沿发现转化为公众能理解的语言，让“高冷”的科学走进生活，激发更多人对未知的好奇。
值得骄傲的是，中国在量子科技领域已走在世界前列：“墨子号”量子卫星实现千公里级量子纠缠分发，“九章”量子计算机刷新量子计算优越性纪录，武汉大学“珞珈理堂”等高校平台持续举办量子物理科普讲座……这些成果不仅是科学的突破，更是科普的底气。当我们的科学家在实验室里探索真空奥秘时，科普工作者正用通俗的语言讲述这些故事，让“量子涨落”“零点能”不再是论文里的术语，而成为普通人茶余饭后的谈资、孩子眼中的星辰。
五、致读者：你愿意成为“真空秘密”的传播者吗？
此刻，你我所处的空间里，每立方厘米都有万亿次虚粒子对的诞生与湮灭；抬头望向夜空，每一缕星光都穿过无数片正在“沸腾”的真空。这些微观世界的“小事”，却与宇宙起源的“大事”紧密相连——这或许就是科学最迷人的地方：它让我们在日常的“空”中看见宇宙的过去，在微小的“变”中触摸万物的本质。
最后想问问你：当你再看到真空包装的食品，或使用真空吸尘器时，是否会想起那些在“空”中跃动的虚粒子？当你仰望星空时，是否会好奇我们的宇宙是否也诞生于某一次量子涨落？如果科学的魅力让你心动，不妨成为一个“科普传播者”——向身边人讲讲真空的秘密，分享量子世界的奇妙，让更多人看见“空”中的热闹、“无”里的生机。毕竟，宇宙的故事，需要你我共同倾听与讲述。
内容来源于联合早报网首页官网,网友投稿 |
