真空究竟是怎么被创造出来的？

故事 06-11 来源：天文在线

图解：真空中粒子的意境

正如这幅艺术效益图所描绘的，外层空间场和粒子正在发生相互作用。即使是一个“完美”的真空，仍然会有真空能量、希格斯场和时空曲率。对人类来说，太空似乎是空的，因为我们看不到那里的大部分东西，并且那里的空气比我们习惯的要少得多。公共域图像，来源:克里斯托弗·s·贝尔德。

空间不是空的。外层空间的一个点就充满了气体、尘埃、来自恒星的带电粒子风、恒星发出的光、宇宙射线、大爆炸留下的辐射、重力、电场和磁场，以及核反应产生的中微子。正如亨宁·根茨(Henning Genz)博士在《虚空:虚无空间的科学》(nothness: the Science of Empty Space)一书中所描述的那样，空间也充满了我们无法直接探测到的两种物质:暗物质和暗能量。

根据根茨Genz博士的说法，即使可以从空间的某一特定区域移除并阻挡住所有的这些东西，仍然有三样是我们永远无法移除的:(1)真空能量，(2)希格斯场，(3)时空曲率。

真空能量(也称为真空涨落或零点能)是由粒子和反粒子组成的海洋，这些粒子和反粒子会短暂地进入或消失。真空能量有一个非常真实的影响，因为它削弱了，或者说屏蔽了电场。真空涨落并不是某种奇特的、未经检验的理论产物。相反，真空波动在我们日常生活中都能找到。激光，就像你DVD机里的激光一样，关键取决于真空波动的存在。当你正确地设置一种材料，使之能产生光辐射的连锁反应时，激光束就产生了。这个链式反应是由真空涨落引起的。

同样，放射性衰变，比如考古学家用来确定材料年代的碳-14衰变，也是由真空波动引起的。真空能量可以通过卡西米尔效应来测量:让两个不带电的金属球被拉得很近，真空能量使它们产生了相互吸引，当它们的分离足够小的时候，真空能量的吸引力超过了引力和电磁效应。真空能也解释了氢能级的兰姆转移，真空能同样也是主流物理学的既定原理。(另一方面，利用真空波动作为工业能源的免费来源是一种伪科学。)

其次，希格斯场无处不在，正是它赋予了许多粒子质量。由于质能守恒，质能不能在一个封闭的系统中凭空产生或消灭。因此，当希格斯场给一个粒子赋予质量时，它是通过从真空中吸收能量来实现的。2012年，当欧洲核子研究组织(CERN)的大型强子对撞机宣布了对希格斯玻色子存在的首次意义深远的实验验证，希格斯场成为了重大新闻。

最后，根据爱因斯坦的广义相对论，时空曲率是空间本身固有的属性。质量作用于空间的方式是给它曲率，空间作用于质量的方式是让它们以弯曲的形状运动。质量在弯曲时空中沿直线运动的现象称为引力。卫星在轨道上的曲线轨迹实际上是曲线空间中的一条直线。一个没有质量的空间仍然有一个形状(它仍然有爱因斯坦的度量场)。根据方程，即使没有质量，这个形状甚至也是可以是弯曲的。因为重力只是空间本身的形状，所以没有一种办法能把重力留住或者阻止重力离开空间的某一个区域。因此，即使是最空的物理真空也总是有一个曲率场。