通常我们都会认为，真空里应该空无一物，什么东西都没有，然而量子力学却告诉我们，实际情况并非如此。
因为根据量子力学中的不确定性原理可以推导出，在极微观的尺度下，宇宙中的能量会不断地出现涨落，进而持续地激发出虚粒子，这些虚粒子总是会成对地出现，然后又会在极为短暂的时间里迅速湮灭。
这样的现象被称为量子泡沫。根据该理论，即使是在真空里也很热闹，因为其中随时上演着大量虚粒子的生生灭灭。科学家将其形象地比喻为，当成对的虚粒子出现时，它们就像是向真空“借”来了能量，而当它们湮灭时，又把能量“还”给了真空。
不得不说，这样的描述是很难令人接受的，毕竟真空中“凭空出现”粒子这事，实在是太过匪夷所思。但有意思的是，在过去的日子里，科学家已经发现了一些关于量子泡沫的迹象，其中最典型的就是“卡西米尔效应”。
在实验过程中，科学家将两片非常薄的金属箔平行置入真空之中，然后让其互相靠近，结果发现，当距离缩小到一定程度时，它们之间就会产生一种莫名的“吸引力”，而这样的现象就被称为“卡西米尔效应”。
科学家认为，之所以会这样，其实就是因为金属箔外面的量子泡沫里，虚粒子可以自由地来来去去，而由于金属箔之间的空间太小，只有特定波长（也就是特定能量）的虚粒子才能在里面诞生，这就会造成外面的“虚粒子压力”比里面更大，进而“推”着金属箔向彼此靠近。
由于这些迹象只能算是一种间接证据，因此科学家也一直在寻找更有力的证据，好消息是，根据一项近日发表在《自然》杂志上的新研究，科学家观察到真空中的虚粒子转化成真实粒子，而这也就意味着，直接证据来了。
此次研究的思路可以通俗地描述为，在虚粒子出现的瞬间，如果我们为其注入能量，帮它们把“欠”真空的能量给“还”了，那虚粒子就不会消失，从而转化成真实的粒子。
在此次研究中，科学家利用粒子加速器把质子流加速到0.9999倍光速，然后让它们对撞，制造出极端高能的环境。从理论上来讲，在这种情况下，那些原本只存在于真空涨落中的虚粒子，就有机会获得足够多的能量，进而转化成真实的粒子。
在观察过程中，科学家将目光投向了一种被称为Λ 超子（Lambda超子）的粒子。
简而言之，Λ 超子是一种由三个夸克组成的重子，只不过它的内部结构和普通物质略有不同，我们熟悉的质子和中子是由上夸克和下夸克组成，而Λ 超子则包含一个上夸克、一个下夸克，以及一个奇异夸克。
奇异夸克的存在，让这种粒子比普通质子更重，也极不稳定，因此它们只能在高能粒子碰撞中被短暂制造出来，然后在极短的时间迅速衰变。
对科学家来说，这种寿命极为短暂的粒子是一个非常理想的观察对象，因为它们不会被环境反复干扰，其身上保留的信息非常“干净”，并且它们的自旋方向可以通过衰变产物被准确测量出来。
通过大量的测量，科学家观察到了一个现象，那就是当两个Λ 超子在碰撞中几乎同时、并且彼此距离非常接近地生成时，它们的自旋方向是高度一致的，仿佛一对同步的“量子双胞胎”，而当它们生成的位置相隔较远、或者没有同时生成时，这种关联却不存在。
科学家指出，这种强烈的自旋相关性无法用普通粒子生成机制来进行合理解释，却堪称完美地符合了基于量子泡沫的预期。
其过程简单来讲就是，在碰撞发生之前，真空中曾短暂出现过一对奇异夸克和反奇异夸克的虚粒子，它们天生带着量子纠缠关系，而当碰撞提供了足够的能量，这对原本转瞬即逝的虚粒子就转化成了真实粒子，随后参与形成了这种带有强烈自旋相关性“量子双胞胎”。
尽管这个过程持续的时间极为短暂，但它们留下的量子特征却通过真实粒子的行为被记录下来，而这也意味着，我们真的观察到真空中的虚粒子转化成真实粒子。
也就是说，真空中真的会“凭空出现”粒子，不得不说，宇宙真的是很奇妙，你觉得呢？
参考资料：Measuring spin correlation between quarks during QCD confinement，Nature 650, 65–71 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09920-0
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