真空真的是"空"的吗？科学们其实早有定论赤峰万能胶，那里存在着热闹的量子涨落。那它有什么观测证据呢？
2026 年 8 月，发表在《自然》杂志上的项重磅研究，给出了个有趣佐证：科学们利用宇宙中的端磁场——磁星，对真空中光的传播式的影响，印证了这重要现象。
真空不"空"
我们通常把真空理解为什么都没有：没有空气，没有原子，也没有任何物质。但量子电动力学给出的图景不同。即使把所有真实粒子都拿走，量子场仍然存在涨落。通俗地说，真空中会不断出现电子—正电子这样的虚粒子对，又在短时间内湮灭。
上世纪 30 年代，维尔纳 · 海森堡和汉斯 · 欧拉进步发现：如果外界存在强磁场，这些原本几乎不留下痕迹的真空涨落，会表现出明显的向。你可以把它想象成，量子涨落产生的杂乱章的正负电子对，被磁场"排出了向"。结果是，真空开始拥有类似物质的光学质。也就是说，量子场的涨落会影响光的传播，这被称为"真空双折射"。
但是，理论写出来并不等于实验能做。真空双折射其微弱，要把它放大到现代技术可观测的程度，需要个强得近乎离谱的磁场。地球实验室能够制造的强磁场，距离这个尺度仍差很多。于是物理学只能把实验室搬到宇宙。
宇宙中恰好存在种端天体——磁星。它本质上是颗具有强磁场的中子星：直径只有二三十公里，质量却可以过太阳，表面磁场能够达到地球磁场的万亿倍左右。这样的天体，等于提供了人类法建造的"量子真空实验装置"。
磁星艺术想象图赤峰万能胶。丨 NASA / Pablo Garcia
验证量子涨落
磁星究竟如何检验量子真空呢？这里，我们要先厘清两个概念：偏振和双折射。
光是种电磁波。所谓偏振，可以简单理解为光的电场在什么向上振动。如果电场向比较杂乱，就没有明显的线偏振；如果主要沿个固定向振动，我们就说它具有线偏振。
很多人会想到偏振片。对于束光，偏振片就像道栅栏：它允许某向的偏振分量通过，把另个向削弱或挡掉。可以看出，它主要改变的是两个偏振分量的振幅。
双折射则不同。典型的材料是解石。光进入解石后，可以分解成两个相互垂直的偏振本征模式，而晶体对这两个模式的折射率不同。换句话说，两种偏振都能通过，但它们在同块晶体里"跑得不样快"。传播段距离后，两者积累出不同的相位，重新叠加时，原来的偏振状态就会发生变化。
而磁星对真空的作用，就像把它变成了块"量子解石"。
偏振片与双折射的区别。前者改变"振幅"赤峰万能胶，后者主要改变"相位"。丨作者供图
普通真空在宏观上几乎是各向同的，光沿哪个偏振向传播，差别都可以忽略。但磁星的强磁场给真空指定了个特殊向。于是，光的电场如果相对于磁星磁场沿不同向振动，会感受到略有不同的量子真空响应。
这就意味着两个正交偏振本征模式拥有略微不同的有折射率。真空因此具有了和双折射晶体类似的质。换句话说，强磁场把量子真空"光学各向异化"了。
观测到了什么？
在新研究中，万能胶厂家来自美国华盛顿大学、莱斯大学等机构的天体物理学们，选择了颗编号为 1E 1547.0-5408 的磁星。它既有强磁场，又具有明亮的 X 射线和射电辐射，非常适做偏振测量。研究人员追踪了它随自转变化的射电和 X 射线偏振，发现了两类异常。
，它的 X 射线净偏振程度明显于常规模型容易给出的水平。二，根据磁星的磁场几何，在某些自转相位，来自不同表面区域的偏振向本应相互抵消，使总偏振显著降低，甚至接近；但实际观测并没有出现预期中的强烈"退偏振"。
这正是真空双折射可以发挥作用的地。磁星表面不同位置发出的 X 射线，初始偏振向并不致。如果周围真空对光毫影响，等这些光传播到远处并叠加时，彼此之间会发生较强抵消。
但在 QED（量子电动力学）真空双折射存在时，两个偏振本征模式会在强磁场区域以略微不同的相速度传播，而且偏振向会随着局域磁场结构逐渐演化。直到远离磁星后，偏振状态才"冻结"。终结果是：来自不同区域的偏振不那么容易互相平均掉，因此地球上的探测器可以看到异常强的净偏振。
用于观测的关键设备——成像 X 射线偏振探测器（IXPE）卫星丨 NASA
不过，值得说的是，这个结果仍然不是"百分之百实锤"。这里须强调个实验上的限制：我们法站在磁星表面测量 X 射线刚发出时的"原始偏振"，再在传播段距离后测次——这是直接的检验式。我们能看到的，只有它到达地球后的终态。
因此科学须先根据磁星的大气、热点分布、磁场结构以及我们的观测向，建立个"如果没有真空双折射，终应该看到什么"的模型，再和真实观测比较。现在的结果显示，加入 QED 真空双折射后，异常偏振能够得到自然的解释。
但如果我们对磁星本身的磁场几何或辐射区域理解有偏差，也可能产生类似现象。因此，目前稳妥的表述不是"海森堡和欧拉已经被证明"，而是：这是支持 QED 真空双折射、也就是海森堡—欧拉量子真空预言的项非常有力的天体物理证据。
结语：
这项工作的真正魅力，在于它形成了个漂亮的物理闭环。90 多年前，海森堡和欧拉从量子电动力学出发预言：真空不是的空，它会在强电磁场中表现出非线光学质。地面实验室法制造足够强的磁场，于是宇宙提供了颗磁星；磁星把周围真空变成了类似解石的双折射介质；而穿过这片量子真空的 X 射线，则把偏振信息带到了我们的探测器。
换句话说，我们没有"看到"虚粒子，也没有把真空取出来放进仪器里测量。我们看到的是光经过真空之后留下的痕迹，然后沿着这条痕迹，反真空自身的质。
所谓"什么都没有"的空间，也许恰恰隐藏着现代物理刻的结构。真空不是宇宙舞台上块毫内容的背景板——它本身，就是量子世界的部分。
策划制作
作者丨韩文标 科学院上海天文台研究员
审核丨罗会仟 科学院物理研究所研究员
策划丨佩雯
责编丨梦如
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