真空，從字面上來理解就是“什么都沒有”，不過這樣的真空是不存在的。物理學上對真空的定義是，除了時空之外，完全虛無的狀態(tài)。也就是說，只有時空，其他什么都沒有的狀態(tài)就是真空。

那么這樣的真空是否存在呢？

古代人類對真空就很好奇，不過當時的科技水平受到很大限制，人們對真空的認知更多的只停留在思想實驗層次，甚至需要哲學思想去理解真空。

人類對真空真正的認識開始于17世紀。1641年，物理學家托里拆利做了這樣的實驗，實驗很簡單。

一根一米長的管子注滿水銀，然后用手堵住管子的開口，倒放在裝滿水銀的槽里。之后他發(fā)現(xiàn)管里的水銀長度下降到76厘米，最上端出現(xiàn)了24厘米的真空狀態(tài)。

其實這就是最早的氣壓計。那么水管上面24厘米高的真空環(huán)境果真是“真空”嗎？

如今我們知道，那24厘米高的局部不可能是真空，因為雖然看起來什么都沒有，但由于宇宙中充滿了各種能量的電磁波，它們能輕易穿透物體。所以那24厘米高的環(huán)境不會是真空，各種電磁波會穿過那里，還有我們看不到的中微子，它們無處不在。

那么，如果把所有的電磁波，中微子等微觀粒子全部去除掉，剩下的環(huán)境就是真空環(huán)境了嗎？

同樣不是。雖然從宏觀上來看，好像只有時空，其他什么都沒有了，但如果我們把所謂的真空不斷放大，到了微觀世界，我們就會有不一樣的發(fā)現(xiàn)。

因為在量子層面，真空遠比我們想象的更復雜。即便我們能去除真空中的一切物質，甚至讓真空的溫度達到絕對零度，真空也不會是絕對的真空。

基于量子力學發(fā)展起來的量子場論認為，所謂的真空，其實時刻充斥著不同類型的量子場，每種量子場都對應著一種基本粒子。通常情況下，量子場處于基態(tài)，也是最穩(wěn)定的狀態(tài)，就像風平浪靜的大海一樣。

不過根據(jù)量子力學的不確定性，時間和能量的不確定性必須不小于一個常數(shù)，這意味著處于基態(tài)的量子場一定會存在波動，而且時間越多，能量波動就越大。這就像溫度不可能達到絕對零度，速度不可能超越光速一樣，量子場也不可能完全處于基態(tài)，它一定會受到擾動從而成為激發(fā)態(tài)。

在某一瞬間，量子場的波動可能非常大，這樣真空就能憑空衍生出一對正反虛粒子，這并不違反能量守恒定律，因為衍生出來的正反虛粒子會瞬間湮滅消失。

之所以被稱為“虛粒子”，就是因為我們不能直接觀測到它們的存在，與真實存在的粒子有些不同，嚴格意義上來講，虛粒子并不是粒子。

你可能會問：既然看不到虛粒子，怎么確定它們的存在呢？

雖然看不到，但我們可以根據(jù)它們與真實存在的粒子發(fā)生作用，進而確定虛粒子的存在。具體過程這里就不詳述了。

總的來說，真空不空，真空也擁有能量，也就是所謂的“真空零點能”，真空中時刻存在真空波動，看起來就像是平靜的海面突然變得洶涌澎湃一樣。

真空不但擁有能量，而且擁有的能量多少還是相對的。也就是說，真空也有等級之分，有些真空相對來講比較空，而有些真空就不那么空。

著名的物理學家卡西米爾曾經(jīng)在1948年做過這樣的實驗，在真空中讓兩張薄金屬片相互靠近，由于金屬片不帶電，所以它們不會相互吸引或排斥。

不過，當金屬片靠得足夠近的時候，奇怪的事情發(fā)生了，兩張金屬片竟然開始相互靠近，好像兩者之間產(chǎn)生了引力一樣。

這其實就是卡西米爾效應。并不是金屬片相互吸引，原因在于，由于兩張金屬片靠得足夠近，內側的波動會受到限制，只有波長更短的波動才可以存在。而金屬片外側的波動不會受到任何限制。

于是外側的波動就比內側的波動更多更劇烈，外側衍生出來的虛光子就會更多，進而擠壓金屬片，讓兩張金屬片相互靠近。

那么有沒有什么辦法讓虛粒子變成我們能觀測到的真實粒子呢？從而可以無中生有獲取能量？理論上確實能讓虛粒子變成真實的粒子，但并不能憑空獲取能量。

比如說，上面所說的卡西米爾效應，我們可以來來回回地不斷拉扯其中一片金屬片，讓兩張金屬片不斷靠近然后遠離，一直重復這個動作，在和這個過程中，某些本應該湮滅的虛粒子對，可能會因為金屬片的不斷移動找不到自己的“另一半”，從而變成真實的粒子。

這個過程并不能無中生有，因為我們也付出了能量！

類似的還有霍金提出的“霍金輻射”，黑洞事件視界附近會衍生出虛粒子對，通常情況下它們會瞬間湮滅，但某個偶然情況，某個虛粒子被黑洞吞噬，另一個虛粒子就會逃逸到太空成為真實的粒子，這個過程表現(xiàn)出來的就是黑洞的蒸發(fā)，黑洞就是通過這種方式不斷蒸發(fā)，最終消失的！