我们用的一切，都是由最基本的亚原子粒子构成，它们在宇宙的演化进展中聚集组成了巨大的结构——人、行星、恒星、星系和星系团。它们都遵循相同的物理定律，并存在于万物所占据的同一时空环境中。
- 图注：我们银河系中一个没有物质的空间区域揭示了宇宙的另一端，那里的每一点都是一个遥远的星系。星系团/空洞结构可以非常清楚地看到，这表明我们的宇宙并非在所有尺度上都具有完全均匀的密度。然而，无论我们在哪里，我们仍然能在宇宙中找到“某物”。
我们今天在宇宙中看到和经历的所有这些事情，只存在了有限的时间。宇宙并不总是有星系、恒星或原子，所以它们一定是在某个时刻出现的。但是它们是从哪里来的？虽然显而易见的答案似乎是“某物”，但这未必是真的；它们可能是从无到有，而不是从“某物”开始。在这种情况下，“虚无”对科学家意味着什么？根据这个问题，我们可能会得到四个不同的答案之一。
- 图注：宇宙是一个广阔的、多样的、有趣的地方，充满物质和能量，以各种形式，并根据物理定律在时空的舞台上发挥作用。哈勃太空望远镜拍摄的星系团IDCS J1426.5 3508就是一个例子。
如果没有必要的粒子来建造星系、恒星、行星或人类，它们不可能存在。我们所知道并与之相互作用的一切都是由亚原子物质粒子构成的；我们所知道的宇宙由这些原始成分构成。
如果从一个充满物质的宇宙开始，那么我们将了解它如何膨胀、冷却和被引力吸引演化成我们今天所知道的宇宙。我们知道恒星如何生存和消亡，导致产生低质量恒星、岩石行星、有机分子的重元素，并最终产生生命的可能性。但是，我们如何最终得到一个充满物质的宇宙，而不是一个物质和反物质数量相等的宇宙呢？这是从无到有的第一个科学意义。
- 图注：在夸克/反夸克对湮灭之后，剩余的物质粒子在中微子、反中微子、光子和电子/正电子对的背景中结合成质子和中子。在正电子上会有多余的电子，以精确匹配宇宙中质子的数量，保持其电中性。这种物质与反物质的不对称性如何产生，这是当代物理学中一个尚未解决的重大问题。
这也是物理学中最大的难题之一：如果物理学定律是这样的，我们只能创造等量的物质和反物质，那么我们怎么会最终得到一个宇宙，在这个宇宙中，我们看到的每一个结构都是由物质而不是反物质构成的？我们所见过的每一颗行星、恒星和星系都是由物质构成的，而不是反物质。那么，如果宇宙不是与生俱来的，我们是如何制造出这些必需的原料的呢？
这就是当你听说我们宇宙中的物质是从无到有时的意思。物质反物质非对称性的起源——物理学界称之为重质化——是当今物理学中尚未解决的最大问题之一。已经提出了许多想法和机制，并且在理论上可行，但是我们还不知道答案。我们不知道为什么会有一些东西（比反物质更多的物质）而不是没有（等量的）。
- 图注：宇宙是一个神奇的地方，它今天的样子非常值得感谢。尽管我们最壮观的太空图片富含星系，但宇宙的大部分空间完全没有物质、星系和光。我们只能想象一个宇宙，那里的空间是真空的。
也许我们更喜欢一个定义，里面根本没有包含"任何东西"。如果遵循这一思路，那么第一个定义是不充分的：它清楚地包含着“某物”，为了达到虚无，我们必须摆脱物质的每一个基本组成部分。每个量子的辐射都必须移除，从幽灵中微子到任何暗物质，每一个粒子和反粒子都必须被移除。
如果我们能以某种方式将它们全部移除，就能确保留下的唯一东西就是空的空间本身。没有粒子或反粒子，无论是物质或辐射，在这样的宇宙中没有任何类型的可识别的量子，所剩下的只是空旷的空间本身。对某些人来说，这是“虚无”的真正科学定义。
- 图注：显示量子真空中虚拟粒子的量子场论计算可视化。（特别是，对于强相互作用）即使在空白空间，这种真空能量也是非零的，从空间曲率不同的观察者的角度来看，弯曲空间中一个区域的“基态”看起来也不同。只要量子场存在，真空能（或宇宙常数）也必须存在。
但某些物质实体仍然存在，即使在这种高度限制和想象的情况下。物理定律仍然存在，这意味着量子场仍然渗透到宇宙中。这包括电磁场、引力场、希格斯场和由核力产生的场。时空仍然存在，由广义相对论支配。基本常数仍然存在，都有我们观察到的相同值。
而且，也许最重要的是，空间的真空零点能量仍然存在，它仍然处于当前的，正的，非零值。今天，这表现为暗能量；在大爆炸之前，这表现为宇宙膨胀的形式，其最终形成了整个宇宙。这就是“宇宙从无到有”这句话的由来。即使没有任何类型的物质或辐射，这种“无”的形式仍然会导致一个迷人的宇宙。
- 图注：一种扁平的、空旷的空间的表示，没有任何类型的物质、能量或曲率。如果该空间具有尽可能低的真空零点能量，则将无法进一步减小它。
现在，我们的宇宙有一个真空零点能量，或者说是空间本身固有的能量，处于一个正的，非零值。我们不知道这是否是宇宙真正的“基态”，即可能的最低能量状态，或者我们是否还能走得更低。我们仍然有可能处于假真空状态，而真真空或真最低能量状态，要么接近于零，要么实际上可能一直接近于零（或更低）。
从现在的状态过渡到那种状态，可能会导致一场永远改变宇宙的灾难：一场被称为真空衰变的噩梦。这会给我们的生活带来许多不愉快的事情。光子会变成一个巨大的粒子，电磁力只会在很短的范围内传播，实际上我们的恒星发出的所有阳光都无法到达地球。
- 图注：假真空中的标量场φ。请注意，能量E高于真实真空或基态的能量，但是存在一个障碍，阻止了场向下滚动到真实真空。还要注意最低能量（真真空）状态如何具有有限的正非零值。已知许多量子系统的真空零点能量都大于零。
但如果把它想象成一种真正虚无的状态，也许这是保持物理定律完好无损的理想场景。（尽管有些规则会有所不同）如果我们能够达到宇宙的真实基态——无论它看起来是什么样子——并将所有的物质、能量、辐射、时空曲率和波等从这样宇宙中驱逐出去，就会留下“物质虚无”的终极概念 。
我们至少还有一个舞台让宇宙发挥，但不会有玩家。我们的剧本里没有演员，没有剧本，也没有场景，但是巨大的物质虚无的深渊仍然为我们提供了一个舞台。宇宙真空将处于它的绝对最小值，将无法从中提取功、能量或任何真实粒子（或反粒子）。然而，对一些人来说，这仍然有“某物”的味道，因为空间、时间和规则仍然存在。
- 图注：今天宇宙中出现的这一整套现象，都要归功于热大爆炸的起源。更根本的是，我们今天所拥有的宇宙，只能因为时空的特性和物理定律而产生。没有它们，我们将无法以任何形式存在
这是最极端的情况：一个脱离现实的情况——脱离空间、时间和物理本身——去想象一个柏拉图式的虚无理想。我们可以设想移除我们能想象的一切：空间、时间和现实的支配规则。物理学家对这里的任何东西都没有定义，这是纯粹的哲学虚无。
在物理学的背景下，这就产生了一个问题：我们无法理解这种虚无。我们不得不假设，有一种状态可以存在于时空之外，时空本身，以及支配我们所知的所有物理实体的规则，都可以从这个假设的理想状态中产生。
- 图注：在膨胀过程中，时空自身在量子尺度上的涨落在宇宙中被拉伸，导致密度波和引力波的缺陷。虽然膨胀的空间在很多方面都可以被称为“无”，但并不是每个人都同意。
不幸的是，我们不知道这条思路是否有任何物理意义。有可能这仅仅是我们想象现实之外的事物的能力的一种锻炼，与任何实际存在的事物都没有联系。当我们开始沿着这些思路思考时，许多问题立即出现，没有明确的答案。它们包括：
- 当没有“空间”（对于位置）或“时间”（对于瞬间）这样的东西时，时空是如何在特定的位置或瞬间出现的？
- 如果我们没有空间，我们真的能想象宇宙之外有什么东西存在吗？如果我们没有时间，我们真的能想象宇宙之外有什么东西存在吗？
- 控制粒子及其相互作用的规则将从何而来？
这个对“虚无”的最终定义，虽然在哲学上肯定是最令人满意的，但可能根本没有意义。它可能只是一个逻辑结构，由我们不充分的人类直觉证明。
- 图注：从根本上讲，即使是纯空的空间，仍然充满了量子场，这会影响空间的真空零点能量的值。在我们知道如何进行这种计算之前，我们必须对我们得到的值作出假设，或者承认我们不知道如何进行这种计算。
当科学家们一无所获的时候，他们常常会互相推诿，认为他们对“虚无”的定义是唯一有效的。但是这里并没有达成共识：语言是模棱两可的，虚无的概念对不同语境中的人意味着不同的东西。“从无到有”可能是一种从根本上产生某种东西的情况，但不是所有人都会同意“从无到有”就是它产生的原因。
这四个定义中的每一个都是正确的，但最重要的是理解说话者在谈论他们的虚无的特殊形式时的意思。每一个定义都有其适用范围和有效范围，适用于从物质起源到暗能量、宇宙膨胀到空间自身的真空零点能量等一系列特殊的物理问题。但这些概念也有一个缺点：它们都由我们自己的思想构成。我们所知道的一切当然都是从零而来，关键是要了解如何。
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