它一直在你的周围，可是你始终未感觉到，它的作用可能启动了宇宙的大爆炸，而今天它却照亮了你的办公室，它是一切事物之源，可它却是一个空空的虚无。

这种似非而是的性质，是当代物理学的一个热门课题——真空，它被证明是一个奇异效应的境域：没有力场的出现，而粒子却不断地涌现和消失；没有明显的能源，却有着强烈的波动。

许多研究者把真空视为21世纪的中心课题。新墨西哥洛斯阿拉莫斯国家实验室的密路尼（P. Milonni）说，“我们现在知道，真空在十分广宽的范围内，具有各种神奇效应。”有些人甚至考虑利用真空奇妙特性，来提供一种新的能源。

真空奇异特性皆来于相对论和量子论的结合，约在70年前，海森堡指出，亚原子粒子世界的机制，意味着对诸如能量这样的物理性质的任何测量，都具有一种不确定性，这种性质表现为能量中的随遇无因的起伏，起伏越大，其存活时间越短，

鉴于爱因斯坦的著名方程E=mc²，海森堡测不准原理就意味着粒子可产生和淹没，其存活时间之长短，取决于它的质量，这导致了一个惊人的结论 :我们周围的全部“虚”粒子皆不停地从虚无中暴出，然后在约10-23秒内又消失掉。故虚空并非是真正的空，而是一个浸没着整个宇宙的沸腾着的活性海洋，

相对地流动

此般想象，令人担忧地联想到以太，这是一种使人怀疑的概念，它使得物理学界发生混乱，直到本世纪初爱因斯坦的狭义相对论问世，它表明，没有这种奇怪的、到处充满着的流体，物理学照样能完美地运作。以太被假设为一种介质，通过它，光和其他的相互作用从这里运动到那里。但这并非意味着不可能存在着一种均匀的流体，却正好说明，这般的流体适合于狭义相对论的要求。真空并非仅仅是一个真实虚空平均态上下的量子起伏，它可能是宇宙中永久性的一个非零能量源。

这具有宇宙学意义，狭义相对论要求真空特性对任何观测者，不论他们的速度快慢，都应是相同的。由于这一理由，最终真空“海洋”的压力，必正好跟其能量密度相对消。这一情况听起来平凡，却有惊人的结果。例如，在一个给定的真空能量区域，不管这区域如何膨胀，它总保持着同一的能量密度，至少可说，这相当古怪。将此情况跟通常的气体行为相比，其能量密度随着容积的膨胀而减小、故真空似乎可当作一个不变的能源。

更有甚者，爱因斯坦广义相对论的一个主要原理认为，质量并非是引力的唯一源。具体地说，正、负压力都能产生引力效应，若真空具有永久不变的（正）能量密度，它必为一种负压力（张力）所平衡，根据广义相对论，它必产生一种排斥性的引力效应。

真空的这一特征，已成为近10年来宇宙学中可能最重要的新概念（宇宙暴胀）的中心 · 暴胀原理主要是由麻省理工学院的古斯（A. Guth）和目前在斯坦福的林得（A. Linde）所提出。宇宙暴胀是出于这样的假设：初始宇宙被不稳定的真空能所包裹，其“反引力”效应，使宇宙在10^-32秒内膨胀了10⁵⁰倍，此后真空能衰减而留下了随遇性的能量起伏，这种能量最终变成热。由于能量、物质是可互换的，结果就出现了今天称之大爆炸的物创过程。

暴胀一说一举解决了困扰着宇宙学家的不少问题。例如，它解释丁我们今日所见之宇宙，似乎那么凑巧地处在膨胀和塌缩之间；宇宙暴胀可能“弄平”原先高度弯曲的宇宙表面，而据GR的计算，这将导致创生的质-能总量正好使宇宙避免因自身的引力而导致的塌缩。150亿年前的真空行为，也掌握着宇宙未来的命

尽管这样的叙述是方便的，但多宇宙学家还是希望真空能收起它的魔袋而消失，它曾一度使宇宙暴胀。出于美学上的原因，若真空（能）略大于今日宇宙中真实虚无中的随遇性起伏，那么可在广义相对论中加上额外的一项，而不必匆忙地使广义相对论更加复杂化。

但一些研究者有根据地说，广义相对论中可能缺少什么东西。去年秋，亚利桑那基特峰天文台的皮尔斯（M. Pievce）领导的小组和加利福尼亚的华盛顿卡内基研究所的弗里得曼（W. Freedmanh都宣称有所发现：宇宙的年龄约80亿年。这令人困惑，因为有明确的证据表明，我们银河系中的某些恒星，具有2倍于这个年限的岁数。

摆脱这一困境的途径，可能是宇宙暴胀后并非消失的真空态，或者这个真空态的微小残余，提供了对宇宙温和而看不见的“推动”，这将增加星系相互离开的速度，从而给人一种印象，似乎宇宙现在的样子比其实际的更接近于大爆炸态（因而是更年轻）。

但真空态能做更多的事情，虽然暴胀预言，宇宙中的质-能密度正好处在膨胀和塌缩之间的分界线上。天文学家仅找到所需物质的10—20%，那么其余的在何处呢？这是另一个非零的残余真空可能解决的问题。据爱氏方程，能量密度等效于物质密度，故真空可能说明一些（也许是主要的）未找到的质量。

一些宇宙学家，如著名的牛津大学的艾夫斯塔寿（G. Efstathlou）提出，若用真空能来解决这些问题，可能说明宇宙中80%的质-能。但，真是如此吗？麻省哈佛特-斯密斯苏宁天体物理中心的柯赫漫克（C. Kochanek）说，对引力透镜的观测表明，并非如此，透镜是一种现象，当光线从遥远的源（如类星体）向我们射来时，经过一个星系，它因而被星系的引力所弯曲，这就造成T类星体的多重像。天文学家正为观察这种效应而测量天空，并计算出在特定距离上，能找到多少个透镜星体。若某种宇宙真空能仍存在，它的反引力效应，将使这包含特定距离的空间膨胀，这样，将在测量中增多引力透镜的数目。

柯氏计算出，为弥补80%的宇宙质-能所需的真空能，那么在最近的测量中应找到约15个引力透镜，而实际上只找到6个。他说，这相当于一个10 :1的差额，对应为宇宙学家所需真空能的一半多一些。那些支持真空能的宇宙学家说，透镜可能受到遮盖着遥远星系的尘埃的影响。但可氏指出，事情并非如此，因为所有这些测量还导致其他地方的矛盾。由于有如此多的问题依赖于这些测量结果，看来这场争论还将继续下去。

在宇宙学家和天文学家就透镜问题争论的时刻，物理学家正注视着一个可能性，真空可能回答一些地球上的问题。最令人感兴趣的是惯性，这是物质的特性，它使得重物难于运动，但一旦运动了又难以静止。惯性是人们熟悉的，它的性质似乎是无可怀疑的，但它却困扰着从爱因斯坦到费因曼等物理学家。若一物体处于静止或处于匀速运动，它的惯性是隐蔽的，若欲对它加速，惯性突然顶住去路，反对速度的变化，这在牛顿的运动第二定律中总结为 :F=ma，力等于惯性乘加速度。

但惯性来自何处？爱因斯坦相信，每当物体相对于宇宙的其他部分加速时，惯性不知怎样地进入了物体，但惯性究竟是怎么回事？他一直未弄清。今天有一些美国研究者，对爱因斯坦思想作了新的注释：他们相信，惯性是物体通过真空而并非相对于遥远星体加速时产生的。

他们把这种思想，建立在奥秘的量子真空效应上，那是70年代中期为达维斯（P. Davies）首先发现的，不久，不列颠哥伦比亚大学的恩露（W. Unruh）也独立地发现了这一效应。达-恩效应预言，当你加速物体通过真空时，通常均匀的真空态，从你的观点看去，就变成了一个热辐射的微温海洋。两年前 · 这一思想触发了洛克希德太阳天体物理实验室的海斯切（B. Haisch）和得克萨斯奥斯汀高级研究所的普斯夫（H. Puthoff）的一种想法，他们都感到. 惯性（像热辐射）有可能是物体加速通过真空时的产物。

加利福尼亚州立大学的理论家路达（A. Rueda）、波切（L. Beach）、海斯切和普斯夫，他们联合提出了一个牛顿第二定律的新变种：在等号的左边仍是力（F），加速度（a）在右边，即在M的位置上，换了一个跟真空特性有联系的复杂的数字表示，它意味着真空（能）起伏，产生了一个所有物体皆在其中的磁场。若物体加速，其组成粒子感受到这一磁场的牵制，物体的反抗表现为一种惯性。故物体越大，其包含的粒子越多，那么加速物体就将经受更大的反抗。

若理论合适

这是一个简洁的思想，虽不乏批评。海斯切和其同事必须对付一个凡打算了解真空的理论物理家都熟悉的问题 :若要估算真空效应，不可避免地总要把对总的真空能作出贡献的所有真空波动频率加起来，更糟糕的是，所有关于截止频率的合理估算，都将导致一个高得荒谬的数值，高达120个数量级，远远高出基塔（Kilter）根据对遥远星系观测所得出的极限值。正如诺贝尔奖得者物理学家温伯格（S. Weinberg，指出的那样，“这可说是科学史中对数量级最坏的估算。”

这个问题促使一些理论家，去寻找一种使真空能精确为零的机制；同时，海斯切跟其同事则求助于一个相当难怪的引力理论，那是60年代后期，为前苏联物理学家萨哈罗夫（A. Sakharov）提出的，据萨氏理论，真空不具有引力效应，但密路尼不接受海斯切应用这个理论于真空能的方法。

这场争论虽重要，但跟真空与惯性有关的另一问题相比，那就变得黯然失色了。只要变换真空态，就有可能改变物体的惯性。这是科幻小说的资料 · 虽然海斯切指出，“历史充满着理论转变成技术的可能性，从飞行到原子裂变。他停了一息又谈到了利用真空能作为飞船的动力，它只要在起飞时“关掉”它的惯性即可。他说，“也许只有在原子线度上而不是在宏观尺度上，才有可能改变惯性。”

另方面海斯切跟其同事正尽其全力，为其理论寻找坚实的观测支持。今年晚些时候，《天体物理学杂志》将发表罗达、海斯切和IBM的可尔（D. Cole）的研究文章，该文认为，在创造宇宙结构中，真空扮演了关键的角色。他们声称，真空加速带电粒子，并把它扫过去，形成四周围以宇宙空穴的物质积聚。宇宙结构的形成一直是宇宙学家的一个老大难问题。故若真空被证明是失去质量的组成，那将是理论家的卓越成就。

在这一理论的发展中，最诱人的是利用真空的前景。这一想法源于1948年，当时荷兰、菲利浦实验室的开雪密（H. Casimir）作出一个惊人的预言，他说，把两块良好的导电平板相互靠近，它们之间将出现一种使二者推得更近的力，这个力是平板切断它们间的空间与围着它们的沸腾的真空海洋的结果，好像真空的其余部分都打在平板上并企图跑进去，从而两板碰合。

9年后，菲利浦的斯派内（M. J. Sparnay）证实了开雪密的惊人预言，不过这一效应小得难以令人相信：若两板相距1 mm/1000，那么板上将受到1/1亿的大气压。这是很新奇的发现，能在液体和气体中的一些力中看到。

在如何提高这种效应以致利用上，人们的想法倒不模糊，这促使一些理论家（包括可尔和普斯夫）关注把真空转为技术应用的方法。18个月前，《物理评论》刊出了他们的研究，他们说，当平板因开雪密效应而被拉拢时，它们产生的动能最终相互碰撞时，转变成热。他们致力于开发这一效应，设想由大量碰撞板组成的真空“引擎”，令人惊讶的是，据他们的计算，这种引擎能从无底的真空井中吸取能量，但能被利用的能量不太。普斯夫承认，“当2块1 m²的抛光平板靠近到相隔1微米时，将产生半毫微焦尔，即使这一靠近发生在1毫秒内，也仅能产生半微瓦。”“这就是为何你必须有一个宏观的，处在高速运动中的多板块系统。”但没有人知道，它们采取的真正形式。

对宇宙学家恶梦的解决，对惯性的解释，对世界能源危机的处理，凡此等等，真空有变成解答任何问题的万金油的危险。但看来有一条安全带，真空理论家在未来的几年内，多半会大吃一惊。哲学家也许是对的，大自然憎恨真空，而下个世纪的科学家可能会喜欢它，

〔New Scientist，1995年2月25日〕