在物理的宇宙裏，「真空」一詞似乎意指一片虛無。沒有粒子、沒有物質，甚至沒有空氣，一片空無一物的境地。這樣的狀態，在現實的物理學界，是否真正存在呢？
關於「真·真空」的爭論
真空，顧名思義，就是不存在任何物質的空間。
自古希臘時期以來，人類對於「真·真空」是否真正存在於自然界一直爭論不休。哲學家亞里士多德曾提出「自然界厭惡真空」的觀點，他認為真空這種東西根本不存在。然而，限於當時的科技水平糊物理知識，這些討論僅限於哲學領域或思想實驗，直到17世紀，西方才開始進行物理實驗方面的研究。
1641年，意大利的物理學家托裏拆利為了驗證伽利略的理論，進行了一項實驗。
他將一根長管註滿水銀，用手指堵住一端，迅速倒轉，讓管口浸入一個裝有水銀的盆中。他發現，當管中水銀柱的高度穩定在大約76公分時，玻璃管的頂端形成了一個局部真空。這個實驗被命名為托裏拆利實驗，使用的裝置成為了人類歷史上第一件氣壓計。不久之後，德國的市長兼物理學家格歷克受到啟發，進行了馬德堡半球實驗，並行明了人類歷史上的第一個真空泵。
隨著科技的進步，人類逐步掌握並改進了制造真空的技術，現如今，已經可以創造出不同程度的真空環境。然而，對於「真·真空」是否真正存在這一問題，是否已有了定論（大部份人認為真空中空無一物），亞里士多德的觀點是否已被推翻呢？
「真·真空」其實「包含諸多事物」
答案並不簡單。雖然從宏觀角度看，真空似乎空無一物，但從量子力學的微觀角度觀察，真空比你想象的要復雜得多。即便將空間內的所有物質、空氣全部移除，甚至將該空間與外界完全隔絕，降至絕對零度，空間也並非真正的空無一物。根據量子場論，宇宙空間中始終充滿了各種大小不一的量子場，每種基本粒子都對應一種量子場，如同正電子和反電子是狄拉克量子場的激發態。
通常認為，真空中沒有任何物質，內部的量子場處於基態，那麽真空態的能量值應該為零。但事實並非如此。根據量子力學的不確定性原理，任何物理態的能量值都會有一定的波動，時間間隔越短，能量波動越大。因此，即便是真空，其內部的量子場也會有波動，類似於根據熱力學定律你永遠無法達到絕對零度的情況。
虛粒子就是這些波動在量子場論中的表現。在極短的瞬間，真空的能量波動可能異常巨大，「憑空」產生出一對又一對的正反虛粒子。衍生出的必須是正反粒子對，是因為系統需要遵守對稱守恒定律。然而，當你觀察真空系統時，這些正反虛粒子會迅速相撞並消失，因此你無法觀測到它們的存在。雖然被稱為「虛粒子」，但實際上它們與真實的粒子不同，嚴格來說並非粒子。
因此，真正的真空並不存在，真空擁有能量，即零點能量，內部存在無數的真空波動，亞里士多德的假說最終得到了修正！
盡管被稱為零點能量，但真空能量的絕對值並不一定為零。事實上，真空能量的絕對值仍是物理學界的一大謎團。
真空不僅「包含諸多事物」，而且是相對的概念
除了擁有能量，真空並非空無一物，它還是一個相對的概念。設想一下，在真空中有兩塊非常接近的平行金屬板。這兩塊金屬板的存在會限制板間空間的電磁波真空波動，形成一個篩選機制，只有短於某一波長、特定駐波態的真空電磁波才能存在，而板外的電磁波則不受限制。由於板外的電磁波模式比板內更多，真空態不同，導致內外真空能量存在差異，外側由於虛光子撞擊金屬板形成的光壓強於內側，從而使金屬板感受到一種無形的吸重力。這就是著名的卡西米爾效應，由荷蘭物理學家卡西米爾在1948年提出，並於1996年透過實驗證實。
既然真空擁有能量，那我們是否能夠將虛粒子轉變為真實粒子，無中生有地從真空中獲取能量呢？答案是可以的，不過並非你想象的那樣，而且根據熱力學定律，這種獲取能量的方式並不是無中生有，而是需要先在真空制造邊界條件，打破熱平衡，形成局部能量差異，在過程中投入的能量也不會超過你從真空中獲得的能量。這種方法就是利用動態卡西米爾效應：
假設在上述情況下，真空中的兩塊金屬板之一不斷地進行加速移動。在這過程中，金屬板內側的虛光子會轉化為真實存在的光子，成為可以測量的電磁波。
這種形象的解釋是，當你移動金屬板時，板內側本應瞬間出現又瞬間相消的虛光子在移動過程中「失去」了伴侶，無法相消，從而變成真實存在的粒子。這解釋帶有些許「浪漫色彩」，也是科普中常見的說法。不過，從物理學角度來看，這種現象源自加速過程中金屬板表面與板內側真空發生的量子相互作用，且過程中投入了相應的能量，並非無中生有。
與此類似的是黑洞霍金輻射。眾所周知，廣義相對論中的等效原理指出，一個加速中的非慣性座標系與一個靜止中的重力場在局部上沒有區別，因此動態卡西米爾效應的原理同樣適用於解釋霍金輻射的成因，而霍金輻射所付出的能量則來自於黑洞的重力場。
總結：真空並非空洞無物，且它的定義並非絕對的。
