真空之“海”

我们说到在地球之外的星际空间是真空度最高的地方，每立方厘米的空间中平均只有1个微观粒子。有人问道，在宇宙空间中不存在微观粒子的地方，是否就空无一物了呢？现代物理学告诉我们，在广漠的宇宙空间里，除了微观粒子这些“实物粒子”外，还有场物质。因此，真空也可以分为两类。一类叫“机械真空”，它是以分子、原子、微观粒子等这些实物粒子所造成的压强的大小为标准来衡量的。另一类叫“物理真空”，它是指不存在任何实物粒子，同时场的能量又处于最低值的一种空间状态。

这种说法太抽象了，使人有点“丈二和尚摸不着头脑”。诺贝尔物理学奖得主、英国物理学家狄拉克曾描绘过一幅物理真空的形象图景：

物理真空是一片充满着粒子的“海洋”，这些粒子叫“非常电子”，它们与通常的电子不一样，它们的质量是负的，甚至能量也是负的！

由于一切皆负，因此，用现代的任何仪器都测量不到它们的存在。这就是我们在平时感觉不到真空海洋存在的缘故。这种情况类似于人们穿了潜水服置身于洁净透明而又风平浪静的深海中，如果周围没有任何鱼在游动，没有任何水草在漂流，除了水还是水，那么，我们是无法辨认周围到底是水还是空气。只有当水中冒出气泡时，我们才能知道自己是置身于水中。

真空海洋中冒出“气泡”是怎么回事呢？这相当于真空海洋里有几个非常电子冒出去了，于是，在它们原来的位置上出现了“空穴”（相当于水中的气泡）。这种物理上的空穴表示一种负质量、负能量、负电荷的空缺，负负得正，它等效于一个正质量、正能量、正电荷的粒子。由于是正质量、正能量的东西，它们的“存在”是可以被测出来的，那就是通常所称的“正电子”。在性质上除了所带电荷的符号相反（正电荷）之外，正电子的质量、能量和电量等都和通常的（负）电子一模一样。

狄拉克的这套真空理论实在让人费解，有人说他是在故弄玄虚。不过，实践是检验真理的唯一标准。狄拉克关于“正电子”的预言，在1932年为美国物理学家安德森所证实。

当时，安德森正在进行一项探测宇宙射线的实验，其目的是为了直接测量入射的宇宙线所产生的第二代电子的能谱（能量分布），所用的仪器是一个放在强磁场中的云室。实验中他们发现了一张照片，它的上面记录了一条奇怪的径迹。这条径迹在其他方面都与电子的径迹一样，但是，被磁场偏转后却跑到与电子相反的方向上去了，这表明这种粒子带着与电子所带电荷的符号相反的电荷，即正电荷，而在其他方面（如质量等）都和电子一样。这一发现证实了狄拉克关于正电子的预言是正确的。安德森因发现了正电子而荣获1936年度的诺贝尔物理学奖。