量子基础

作为活跃介质的真空(active vacuum)

在日常说法里,真空不过是缺席:抽走所有空气、所有物质、所有光,你就拥有了虚无。量子物理彻底颠覆了这幅图像。真空并非虚无——它是充满空间的所有场的最低能量状态,而即便周围没有真实粒子,那些场依然存在、依然嗡嗡作响。量子真空远非空洞而惰性,它是一种活跃、有结构、具备可测性质的介质。

有几个特征使真空活跃起来。它会涨落:场以无法消除的零点能抖动。它可被极化:在一个电荷附近,真空会作出响应而部分地屏蔽它,这使电力的强度看上去随距离而变(跑动耦合)。在标准模型中,真空被希格斯场充满,即便在空旷空间里它处处取一个非零值;粒子通过与这一无处不在的背景相互作用而获得质量。换言之,真空拥有一个能做真实物理功的状态,而非一块空白的幕布。

把真空当作活跃介质来对待,对现代粒子物理至关重要。要预言电磁力在短距离上的精确行为,离不开真空极化;非零的希格斯背景正是给 W 玻色子、Z 玻色子和基本费米子赋予质量的根源;而真空本身的能量,在宇宙学中又与宇宙学常数和暗能量纠缠在一起。一个诚实的提醒接续着最后这一点:对真空能量的朴素估算,与宇宙学测得的那个极小数值相差极其悬殊,这就是宇宙学常数问题,至今仍是物理学最深刻的未解谜题之一。

希格斯场在整个真空中取一个非零值,基本粒子通过与它相互作用而获得质量——不过质子的大部分质量并非来自希格斯,而是来自束缚其夸克的强相互作用的能量。

真空是有结构的:一个嗡嗡作响的希格斯背景,赋予基本粒子以质量。

对真空能量的理论估算,比宇宙学实际测得的数值大得惊人;这个宇宙学常数问题尚未解决,预示着某种我们尚未理解的深层道理。

又称
quantum vacuumphysical vacuum量子真空物理真空