深层分析：真空里面到底有什么？

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我们“理所应当”地认为真空是全空的。
但是，记住，在量子世界里，没有任何事情是“理所应当”的。
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《自然》杂志曾报道了一项“改写教科书”的研究：声音能够在真空里传播。
我们初中的物理课本说：声音的传播是需要介质的，所以真空中是无法传播声音的。
到高中之后，我们的物理书又进一步解释道：声音的本质是物质分子的振动所引起的一种波，因为真空是空的，当然也就没有物质分子的振动，所以振动的声波就传不过去。
实验事实是不会错的，那么我们的教科书错了吗？
那么，真空里到底有什么？这和声音在真空中传播有什么关系？
别急，我们马上就来说一说关于“真空不空”的故事。在这个故事里，我们将会看到，真空里的东西不但能传播声音，还是让壁虎能够趴在墙上的原因，更是大名鼎鼎的霍金辐射（也称黑洞辐射）的源头。
弹簧与小球：量子场论的缘起
约100年前，人们已经知道，原子中的电子如果吸收能量，那么自己的能量就会升高；如果想跳回原来的状态，必须要通过释放一份电磁波的形式来释放能量，这份波被爱因斯坦称为光子。
这个现象就好比人如果吃了葡萄，那么他可以吐出一个葡萄皮，比较平淡无奇。
但人们还发现，有时电子不用吸收能量，也会主动释放光子，这一现象叫做自发发射。这就类似一个人没有吃葡萄，但是也能吐葡萄皮，这个现象就比较诡异。
1927年，物理学的一代宗师狄拉克给出了一个解释。他认为：真空中虽然看起来没有葡萄也没有葡萄皮，但这只是表面现象。真空中存在着许多的“葡萄-葡萄皮”组成的对子，它们产生得很快，消失得也很快，差不多同时发生，使得真空表现得像是没有葡萄一样。
现在假想一个“葡萄-葡萄皮”对子出现在你嘴边，此时恰好葡萄掉进了你的嘴里，于是你吸收了一个葡萄，而真空中就剩下了一个葡萄皮。所以看起来就好像你虽然没吃任何东西却吐了一个葡萄皮一样，只不过这个葡萄是真空投喂给你的，我们只观察到了剩下的皮而已。
玻尔曾说：“在所有的物理学家中，狄拉克拥有最纯洁的灵魂。 ”狄拉克坚持认为物理方程应该拥有完美的数学形式，并以此信条来指导自己的研究。对于“丑陋”数学的拒绝使他后来的研究逐渐偏离了主流。图为1930年前后的狄拉克。
这一假说由于完美解释了自发发射而获得了成功。经过一系列修正和重塑（尤以杨振宁教授的大师之作——杨-米尔斯理论最为重要）之后，这套理论发展为后来的量子场论。
其主要观点也很简单：首先，对于任何物质（或能量）来说，都有一个与之对应的“场” ，例如光子对应电磁场，电子对应电子场。场可以看作是由许多被弹簧连着的小球组成的，每个场都充满着整个空间。
注释：如何理解此处的“任何”二字呢？这里的任何是可以在字面意义上来理解的。例如，对象对应着对象场，头发对应着头发场。按照量子场论，真空中电磁场涨落能够产生光子，电子场涨落可以创造电子，对象场的涨落是可以创生出对象的，而头发场的涨落是可以创造头发的。先别高兴得太早——物质越大，产生的概率就越小。连电子产生的概率都已经无限接近于零了，就不要妄想获得头发和对象了。
然后，由于弹簧的存在，所以每个小球都在不停振动，科学家称之为“涨落” 。如果这个振动太剧烈使得弹簧被拉断，那么就会得到自由的小球。例如，电子场的涨落可以产生一个电子。
水波的涨落可以偶尔产生一个水珠，而这个水珠又快速落回水波里，场的涨落产生粒子的过程与此类似。

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