根據量子力學，真空根本不是空的。它實際上充滿了量子能量和粒子，這些粒子在轉瞬即逝的瞬間出現和消失——這種奇怪的訊號被稱為量子漲落。
幾十年來，只有間接證據這些波動的影響，但是早在2015年研究人員聲稱直接檢測到了理論波動。現在，同一個團隊表示他們更進一步，操縱了真空本身，並檢測了虛空中這些奇怪訊號的變化。
我們正在進入高級物理領域，但這個實驗中真正重要的是，如果這些結果得到證實，研究人員可能剛剛解鎖了一種在不干擾量子領域的情況下觀察、探測和測試量子領域的方法。
這很重要，因為量子力學以及我們對它的理解的最大問題之一是，每次我們測量和觀察量子系統時，我們摧毀它，當我們想要弄清楚量子世界中到底發生了什麼事時，這不是一個好兆頭。
這就是量子真空發揮作用的地方。
首先，讓我們以經典的方式來思考真空──完全沒有物質、能量最低的空間。那裡沒有粒子，也沒有任何東西會幹擾純物理。
但作為量子力學最基本原理之一的副產品，海森堡測不準原理，指出我們對量子粒子的了解是有限的，因此，真空並不是空的，它實際上充滿了自己奇怪的能量，並且充滿了隨機出現和消失的粒子-反粒子對。
它們更像是「虛擬」粒子，而不是物理物質，所以通常你無法檢測到它們。儘管它們像量子世界中的大多數事物一樣是看不見的，但它們卻微妙地影響現實世界。
這些量子漲落產生隨機波動的電場，可以影響電子，這就是科學家首次間接證明的方式他們的存在早在 20 世紀 40 年代。
幾十年來，這就是我們必須繼續下去的一切。
然後，在 2015 年，德國康斯坦茨大學的 Alfred Leitenstorfer 領導的團隊聲稱，他們透過觀察這些波動對光波的影響，直接檢測到了這些波動。結果是發表於科學。
為此，他們向真空發射了超短雷射脈衝（僅持續幾飛秒，即十億分之一秒的百萬分之一），並且能夠看到光偏振的微妙變化。他們說這些變化是由量子漲落直接造成的。
這是一個主張仍在爭論中，但研究人員現在透過「擠壓」真空將他們的實驗提升到了一個新的水平，並表示他們已經能夠觀察到量子漲落的奇怪變化。
這不僅僅是這些量子漲落存在的進一步證據——它還表明他們已經想出了一種方法來觀察量子世界中的實驗，而不會弄亂結果，而這通常會破壞量子態。
“我們可以在不改變第一個近似值的情況下分析量子態，”萊滕斯托弗說。
通常，當您尋找量子漲落對單一光粒子的影響時，您必須偵測該光粒子或放大它，才能看到效果。這將消除該光子上留下的“量子特徵”，這與該團隊在 2015 年實驗中所做的類似。
這次，研究小組沒有透過吸收和放大光子來觀察量子漲落的變化，而是在時域上研究光。
這聽起來很奇怪，但在真空中，空間和時間行為方式相同，因此可以透過檢查其中一個來更多地了解另一個。
透過這樣做，研究小組發現，當他們「擠壓」真空時，它的工作原理有點像擠壓氣球，並重新分佈了其中奇怪的量子漲落。
在某些時候，波動變得比未壓縮真空的背景「噪音」大得多，而在某些地方，波動則更安靜。
Leitenstorfer 將其與交通擁堵進行了比較——當汽車在該點後面形成瓶頸時，在該點之前，汽車的密度將再次下降。
在某種程度上，同樣的事情也發生在真空中——當真空被擠壓在一個地方時，量子漲落的分佈會發生變化，結果它們會加速或減慢。
這種效應可以在時域上進行測量，您可以在下面的時空圖表中看到這一點。中間的凸起是真空中的「擠壓」：
正如您所看到的，由於擠壓，波動中出現了一些波動。
但其他奇怪的事情也發生了，某些地方的波動似乎降至背景噪音水平以下，即低於空曠空間的基態，科學家稱之為“驚人的現象」。
“由於新的測量技術既不需要吸收要測量的光子，也不需要放大它們，因此可以直接檢測真空的電磁背景噪聲，從而也可以檢測研究人員創建的與基態的受控偏差，”解釋新聞稿。
團隊現在正在測試他們的技術有多準確，以及他們可以從中學到多少東西。
儘管到目前為止的結果令人印象深刻，但該團隊仍有可能只實現了所謂的弱測量——一種不會幹擾量子態的測量，但實際上並沒有告訴研究人員太多關於量子態的資訊。
如果他們可以使用這種技術來了解更多信息，他們希望繼續使用它來探測“光的量子態”，這是我們才剛開始理解的量子水平上的光的不可見行為。
需要進一步驗證以複製團隊的發現並證明他們的實驗確實有效。但這是非常酷的第一步。
該研究發表於自然。
