光量子 光量子 （图片来源：作者自制）
刚刚接触这种东西确实很难接受，简单来说波粒二象性就像是看事物的两个角度，从一个角度看是波，另一个角度看是粒子。理论最重要的还是能解释客观现象，量子力学通过波粒二象性可以解释很多微观现象。
举个例子，赫兹在发现电磁波的同时还发现了一个现象，就是光照射到金属表面会激发表面射出电子，而且能不能射出电子只跟光的频率有关，无论你的光强有多大，只要频率不对都不能激发出电子，这个现象就叫做光电效应。
光电效应 （图片来源：维基百科）
麦克斯韦的电磁理论对光电效应束手无策，1905年，爱因斯坦提出了光量子的假设，他把光看成是一个个的粒子，单个粒子的能量只和光的频率有关，光电效应就简化成了光子和电子的弹性碰撞问题。值得一提的是，爱因斯坦凭借这个发现获得了1921年诺贝尔物理学奖，而非广为人知的相对论。
光是电磁波，既然它能和电子发生“碰撞”，那电子之间是不是也能通过这种“碰撞”来传递相互作用呢？还真是。
20世纪中叶，施温格、费曼、朝永振一郎分别建立了电子与电磁场相互作用的量子场论，简称QED理论。在QED理论当中，两个电子之间就是通过相互发射虚光子来发生相互作用的。
这个虚光子在传递过程中还会发生“真空极化”现象，就是光子会变成一对虚正负电子，然后这对虚正负电子又湮灭成一个虚光子。之所以这里的光子和正负电子是虚的，就是因为它们存在的时间太短了。
电子相互作用 （图片来源：作者自制）
其他的三种相互作用力也有类似的量子场论，传递强作用力的是夸克之间的胶子，传递万有引力的是引力子，传递弱力的是W -粒子和Z0粒子。除了引力子之外，其他的“传递粒子”都已经被发现了。
这时候在真空显微镜后的我们头都要大了，不但又新出现了一堆粒子，更要命的是它们还是在不断成对生成和消失的虚粒子！好在物理学家永远喜欢化繁为简，他们一直致力于统一这四种基本作用力，目前弱相互作用力和电磁力的统一理论已经得到了验证，强力的统一也有几种理论诞生，万有引力是最难统一的那个。
有人曾经问预言Z粒子的温伯格为啥要叫它Z粒子，温伯格说他希望这是人类发现的最后一个粒子，看来物理学家也受够了这种不断修改理论的状态了。但是我们的工作还是没有完成，一种传说中的上帝粒子——希格斯玻色子在后面等待着我们。
第五阶段：“上帝粒子”——希格斯玻色子所谓的玻色子和费米子是量子力学中对粒子的一种分类办法，自旋为整数的粒子叫做玻色子，自旋为半整数的粒子叫做费米子。一般传递相互作用的粒子像光子、胶子等都属于玻色子，而夸克和电子都属于费米子。
按照量子场论，不管是强力弱力，这些场都具有某种规范对称性，即规范场。根据波粒二象性，场就是粒子，粒子就是场，这些场对应的玻色子都是规范玻色子，而规范玻色子是不能有质量的。
为啥不能有质量？以电磁场为例，如果传递电磁力的光子有质量，那么电磁场的规范对称性会被打破，电荷就不能守恒。
但是人们发现传递弱力的W -粒子和Z0粒子都是有质量的，因此物理学家又一次大开脑洞：如果这个粒子本身没有质量，而是什么别的东西给了它质量，那规范对称性不就依然成立了吗？
1961年美籍日裔理论物理学家南部阳一郎提出了“真空对称自发破缺”的概念，他认为玻色子本身没有质量，满足了对称性，但是在真空中，有一种场赋予了粒子质量，打破了对称性，而且这个过程还是自发的没有人为干预，所以叫做真空对称自发破缺。
在这个基础上，1964年英国物理学家希格斯等人发现，如果真空中一个假想的标量场（没有方向的场）与传递相互作用的那个规范场耦合，那么真空中发生的自发性对称破缺可以使玻色子获得质量。而且在这个过程中会产生一种有质量的粒子，即“希格斯玻色子”，能够赋予玻色子质量的那个标量场就是希格斯场。
这里我要引用一个很著名的比喻，希格斯玻色子就像是一群接机的粉丝，作者就像光子，当作者下飞机的时候他们对我毫无作用，于是作者没有质量。而大明星是Z0粒子，当TA下飞机的时候，他们都冲上去要签名，大明星受到了阻碍有了质量。
可以说正是真空当中充满的希格斯粒子或希格斯场，给予了除光子胶子之外的基本粒子以质量。由于质量是粒子的基本属性，所以人们又把“希格斯玻色子”称为“上帝粒子”，认为它型塑了万物。
2013年欧洲核子研究组织CERN宣布发现了希格斯玻色子，人们得以一睹上帝粒子的真容。
粒子物理标准模型 （图片来源：维基百科）
至此，人类所谓的标准粒子模型基本上已经建立完成了。其中包括包括轻子（电子类）12种、夸克类（6味×3色×正反粒子）36种、传递强力的胶子8种、传递电磁力的光子1种、传递弱力的W -、Z粒子3种、赋予粒子质量的希格斯粒子1种，总共61种。
可以说就是这61种粒子再加上还没被发现的引力子构成了物理世界的所有现象。
这时候我们的真空寻找工作变得简单明了起来，只要“真空显微镜”能够通过某种方式绕过量子涨落（就是我们前面说的粒子不停生成和消失的现象），然后把这61种粒子和未发现的引力子剔除出来，那显微镜下就是目前人类所知的真空了！
之所以说真空还是“目前所知”，就是因为真空这个概念总是依赖于人类已知的物质存在。老子云“有无相生”，当我们说出这是真空，真正的意思仅仅是这片区域没有目前人类已知的物质。
结语对真空的认识几乎伴随了整个人类物理学的发展过程，期间无数的理论物理学家提出的大胆设想令人拍案叫绝。为了验证理论，还有很多实验物理学家也在寻找粒子的过程中迸发出了惊人的创造力和毅力。
由于篇幅问题，文章中很多事件都没有细谈，简单一句“人类发现了中微子”，背后却是戴维斯在地下1500米的实验室里30年的探测，在这里也向这些先行者致敬。
开尔文勋爵曾认为物理学有两朵乌云：一是黑体辐射，二是消失的以太。揭开这两朵乌云，量子力学和相对论横空出世，大大提升了人类对真空的认知。
21世纪李政道先生提出过现代物理的两大疑云：一是缺失的对称性，二是看不见的夸克。李政道认为这两个问题的答案还蕴藏在真空的性质之中，可能未来物理学家能从真空中再次薅出什么大开脑洞的东西，帮我们更好地理解这个神秘的宇宙。
参考文献：
[1] Griffiths D . Introduction to Elementary Particles[J]. Academic Press, 2008.
[2] 郭奕玲, 沈慧君. 物理学史 (第二版)[M]. 清华大学出版社, 2005.
[3] 涂涛,郭光灿.真空不空[J].物理,2018,47(09):549-556.
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