该如何认识真空真空问题既是一个老问题

真空问题既是一个老问题，又是一个新问题。说它是一个老问题，因为从古代起它就是一个重要问题，说它是一个新问题，因为在当代物理前沿它仍然是一个大问题。

古代对“真空”的认识

在古代，关于真空的看法基本上有两种：一种承认有真空，有虚无一物的空间，有作为独立存在的空间，如德莫克利特哲学，就以原子与虚空为基本观念，原子在虚空中运动，它们聚合成万物；另一种否认有真空，没有虚无一物的空间，如亚里士多德哲学，就排斥虚空观念，认为以太充满整个宇宙空间。这里涉及到空间与物质的关系，空间或者作为独立实在而存在，或者仅仅能够作为物质的属性（广延性）存在。在这两种情况下，能否出现没有任何物质的空间呢？在古代，凭借人类很低的实践水平与认识能力，当然不能解决这个问题。

近代对“真空”的认识

到了近代，关于真空的基本观念仍然有两种，但因为有了科学实验基础上的自然科学研究，问题大大深化了。

一种意见承认有真空，即承认有“空虚”空间存在。其中既有古代原子论的继承者，又有以太与场论的支持者。实际上，不仅牛顿力学，而且麦克斯韦电磁场理论，以致爱因斯坦狭义相对论，均承认“空虚”空间。从牛顿的惯性定律到爱因斯坦的光速不变原理，均以“空虚”空间作背景，惯性定律肯定物体在“空虚”空间中能够保持静止或匀速直线运动，光速不变原理肯定光在“空虚”空间中能够保持以不变速度直线传播。以太与场论的支持者基本上是在肯定“空虚”空间基础上，认为以太或场充满整个“空虚”空间。

当然还有另一种意见，否认有真空，不承认有“空虚”空间，笛卡尔就持这种意见，他认为空间是广延性，没有离开物质的广延性，他也是以太论者。

在近代，犹如古代一样，仍然是承认“空虚”空间的意见占优势，否认“空虚”空间的意见没有取得支配地位。当时出现这种情况也较自然，因为这在宏观物理的实践与认识水平条件下，人们对时空与物质关系的认识，主要看到两者相对独立性的一面，对于两者之间的深刻联系，还认识不深，因而承认“空虚”空间的观念能够取得支配性地位。但即使在宏观物理的发展阶段上，人们也已经发现空间与物质运动相互关系中的一些重要疑点，如空间对物质运动有深刻影响，但物质运动对它却毫无影响，依据相互作用原则，这是很难理解的。

现代对“真空”的认识

到了现代，情况大不一样了，对于空间与物质的深刻联系的认识越来越清楚了，这时出现了几种新的理论认识。

第一个是广义相对论。广义相对论把空间看作为场的结构性质，从而否定了“空虚”空间，揭示了空间与物质的深刻联系。广义相对论既没有把物质几何化，也没有把空间物质化，因为空间仍然是物质的一种属性，弯曲空间是引力场的结构特征。真空并不是虚无一物，而是引力场的一种特殊形态，是物质的一种特殊形态。

第二个是量子力学，狄拉克在创立相对论性量子力学中，考虑了运动方程中出现的负能解，他并没有加以简单抛弃，而是提出了一种新的物理真空观念。根据量子力学原理，他设想负能级已由电子占满了，物理真空就是电子充满了负能级的电子海，这个观念从另一个角度显示了真空与物质之间的深刻联系，肯定了真空的物质性。由于自然界的一切物理现象与物理测量均相对于真空背景进行，因而通常仪器不能测得真空的表观现象。但在一些特殊情况下，仍然有可能发现真空中的一些物理现象，如真空极化现象（当真空中放入带电粒子会产生类似于电场极化现象）与真空涨落现象（由于真空中电磁场的零点振动，附加在电子上发生随机布朗运动效应）。

第三个是量子场论，它在微观粒子具有波粒二象性的观念基础上，把粒子与场统一起来，提出了量子场概念，每一种基本粒子均对应一种量子场。量子场是物质的基本存在形态。在量子场论中，量子场的激发态代表粒子的产生，量子场的退激代表粒子的消失，真空则是处于基态能量的量子场，其中仍然存在量子场的复杂运动。在这里，真空的物质性，真空是物质的特殊形态就更加明确了。真空观念从狄拉克的电子海发展到量子场的基态，其普遍性大大提高了，从仅仅包括电子到包括各种基本粒子，相应的真空也是多种多样的。不仅如此，同一种量子场真空，在不同条件下，还存在不同的真空相。

可见，真空不仅不是虚无一物。而且是非常复杂的。无怪乎量子场真空在粒子物理研究中处在相当重要的地位。许多基本问题与真空的结构、性质有关，如弱电统一模型就以真空自发破缺观念作为基础，又如夸克禁闭也与真空的性质有关。

在古代与近代，人们主要看到空间与物质的相对独立性的一面，存在“空虚”空间的观念占优势，真空通常被看成是空无一物的空间。在现代，人们越来越认清了空间与物质之间的深刻关系，“空虚”空间观念被否定，对真空的物质性的认识越来越清楚，真空不是别的，它是物质的一种特殊形态。在广义相对论中，它表现为引力场的特殊形态。在量子场论中，它表现为各种量子场的基态。

应该指出，我们讲空间是物质的存在形式或空间是物质的结构形式，这里已经强调了空间与物质的紧密关系，强调了空间是物质存在的形式方面，因而空间形式一定与物质形式密切相关，空间是离不开物质的。现在我们讲真空是物质的一种特殊形态，认识就大大前进了。空间不仅仅是物质的存在形式，而且真空本身就是物质的一种特殊形态。这大大丰富了物质概念与空间概念以及物质与空间关系的概念，因而也大大丰富了世界的物质统一性观念。没有一无所有的空间，真空就是各种物质的一种特殊形态，真空也是复杂的并且有各种转化能力，因而真空与其他种种物质形态普遍联系着，真空并不“空”。