要真正了解粒子的本质，我们必须解决一个根本的问题，那就是：真空是什么。在物理学里，不同的理论对于真空的理解往往不同。例如在经典力学里，真空是空无一物的空间。但是在量子力学或宇宙学里，没有物理学家会认为真空是空无一物的。真空的复杂程度往往取决于其理论的假设。下面让我们做一些简单的回顾。

在第三章里我们提到过，19世纪，人们认为真空是一个充满以太的空间。也就是说，物质与物质之间的空间是被“以太”这种介质所充满的。这种以太的激发波就是电磁波。不过到了19世纪末，光干涉实验的结果并不支持这个理论。当爱因斯坦提出狭义相对论后，人们又回到了牛顿的经典真空的概念里。事实上，相对论是一个经典理论，其真空的概念与牛顿力学里的真空是没有两样的。狭义相对论与牛顿力学的分别主要在于时空是否绝对。

但是，到了20世纪初量子力学渐渐发展起来的时候，真空又出现了新的内容。我们前面提到当狄拉克在解释电子的量子理论时，他假设真空里一直存在一个充满了负能量电子的“狄拉克海洋”。因此，狄拉克理论里的真空不是一个空无一物的真空，而是一个充满负能量电子的体系。后来物理学家发现所有其他费米子也有各自的反粒子。根据狄拉克的理论，所有这些有反粒子的费米子都需要一个负能量粒子的海洋，例如μ子有负能量的μ子的海洋，τ子有负能量的τ子的海洋，各种介子也有各自相应的负能量粒子海洋。因此，真空就变得很复杂了。

后来，物理学家又发展了量子电动力学（QED）以及更广泛的量子场理论。这些理论里的真空都并非空无一物。这些理论认为，所有的粒子都是其“场”的激发；所谓“真空”，就是它的“场”的基态。以QED里面的光子为例，如果把真空当作一个简谐振子，每一个光子的基态都会有一个1/2 hν的能量。也就是说，即使一个光子没有被激发，它的基态也有1/2 hν的能量。这表示蕴藏在QED真空里的能量是非常庞大的。

同样地，对于其他种类的粒子来说，也各自有各自的基态和真空。对于组成重子的夸克来说，它的量子场理论更加复杂，称为量子色动力学（QCD）。在这个理论里，共存着多种的真空，以解释不同的夸克和胶子的产生。在大部分宇宙学理论里，真空也有其特殊的性质。有理论认为宇宙暴胀（inflation）就是由于宇宙在不同真空状态之间的转换而引起的。在近年流行的超弦理论里，认为宇宙里可以有大量不同的真空状态。其数目可以接近于无穷大。(www.daowen.com)

从上面讨论可知，不同的理论对于真空的假设是不一样的。现在有一个非常重要的问题需要解决，那就是：我们的宇宙里究竟是只有一个真空还是有很多个真空。根据目前的标准模型，宇宙里不能只有一个真空，因为每个粒子都是一个场的激发态。由于粒子是有很多种的，所以就必须有很多种不同的场同时存在于这个空间里。目前的理论认为粒子就是场的激发态。因此，每个场也必然有一个它的基态（ground state）。这个基态就是一种真空。如果有很多个场，就会有很多种场的基态，就必然需要很多种真空。但是这些真空是如何叠加的？目前还不清楚。

因此，目前的理论对于真空概念的假设是相当复杂的。要摆脱这种困境，我们需要去考虑一些比较简单的假说。在本书第六章里，作者介绍了一种新的提议，认为所有粒子都是真空的激发波，不同的粒子只是同一个真空介质的不同激发态。在这个理论里面，就不需要假设每种不同的粒子都有一个不同的场、每种基态的场都需要一种真空了。

宇宙只需要一种真空介质，它可以有很多种不同的激发波。至于这种真空的物理性质，根据麦克斯韦的理论，真空可以被视为一种电介质（dielectric medium）。这样，我们只需要一种真空就可以解释所有的量子现象了。在未来，新一代的科学家也许可以朝着这个建议的方向进行探索。