現代物理學提出了許多令人費解的理論，其中一個聽起來尤其不可思議的是：在空間的每個點上，亞原子粒子會短暫存在，然后再次消失。這些閃爍且短暫的物體被稱為虛擬粒子。但是，我們無法直接觀察到真空中的這些粒子。

我們的眼睛看不到小于十分之一毫米的物體，即使使用最強大的掃描電子顯微鏡，我們也只能分辨原子大小的物體。而虛擬粒子的尺度更小，這意味著空間包含大量虛擬粒子。不過，當你將它們所包含的所有虛擬粒子的所有正面和負面影響加起來時，它們的平均值基本上為零，這就是為什么它們對我們來說不是顯而易見的。

然而，虛擬粒子確實是真實存在的，我們可以間接地看到它們。如果你把兩塊導電金屬板放在一起，當它們隔開的距離只有少數原子的直徑，那么那兩塊板就會感受到一種吸引力，這就是所謂的卡西米爾效應。卡西米爾效應之所以起作用，是因為板的存在使得某些虛擬粒子不可能出現在它們之間，而在外面所有粒子都可以存在。這種輕微的不平衡會產生將板塊推到一起的力。

此外，通過測量一種稱為μ子的亞原子粒子的自旋特性，我們也能看到虛擬粒子的影響。μ子的自旋和電荷使其成為一個微小的磁鐵，而量子力學理論在20世紀30年代對這種磁鐵的強度做出了預測。盡管預測非常準確，但存在微小的偏差，這是由于μ子被虛擬粒子包圍，它們之間的相互作用導致了這種偏差。g-2實驗精確地測量了這種偏差，這表明我們可能需要進一步了解虛擬粒子。

卡西米爾效應和μ子磁特性的微小變化的準確預測，是虛擬粒子真實存在的有力證據。但如果它們是真實的，那么它們到底是什么？這就是事情變得棘手的地方。畢竟，空間看起來肯定是空的，而不是閃爍的、混亂的。因此，讓我們從最簡單的方式來思考虛擬粒子。

設想一個真正空曠的空間，里面什么也沒有。突然，電子和反電子從虛無中出現，然后迅速重新結合，回到零能量狀態。這種現象會不斷重復，有時會同時出現更多的電子和反電子、夸克和反夸克、μ子和反μ子，盡管它們存在的時間極其短暫。

當我們考慮第一個電子和反物質電子時，我們發現最初的空間是空的，沒有能量。但當這兩個粒子出現時，每個粒子都帶有質量，而質量等同于能量，所以空間突然有了能量。這似乎違反了能量守恒定律，因為能量不能無中生有。

通常的解釋引用了海森堡不確定性原理，它說能量的不確定性乘以時間的不確定性必須大于一個非常小的數字。這里的相關性在于，它意味著能量可以改變，只要發生的時間很短。如果能量變化很大，它只能持續很短的時間；如果能量變化很小，它可以存在更長的時間。但請注意，即使是“更長”的時間，也是極短的，我們永遠不會用肉眼看到它。

因此，雖然海森堡不確定性原理確實相關，但它留下了粒子出現和消失的錯誤印象。為了更好地理解現代物理學，我們需要重新審視“粒子”這個詞的含義。量子領域最先進的理論稱為量子場論（QFT）。QFT有許多例子，如量子電動力學（QED）解釋了電磁學，量子色動力學（QCD）解釋了強力。但在這里，我們不討論這些具體的理論，而是探討通用量子場論的基本概念。

QFT的核心思想是，空的空間實際上并不空，它充滿了場。存在電子場、μ子場、各種夸克場、光子場等，事實上，標準模型中所有已知的粒子都有自己的場，這些場充滿了整個空間。

在量子物理學中，電子場可以振動，如果它以完全正確的方式振動，就會產生一個電子。實際上，電子就是電子場的一種特殊振動，其確切的振動方式由場的特性決定。量子場可以以多種方式振動，其中一些振動模式不會產生真實的粒子。當電子場以不完全正確的方式振動時，它就產生了一個虛擬電子。

同樣的情況也適用于所有其他粒子。例如，上夸克場的一種非常特定的振動構成了夸克，而其他振動則構成了虛擬上夸克。量子場論假設空間充滿了許多場，每個場都以不會產生真實粒子的方式振動，但這些振動的集合就是存在于該空間中的所有虛擬粒子。它們是宇宙的白噪聲——一種量子嗡嗡聲。如果你愿意，可以將粒子視為場的特殊振動，而奇怪的振動則是虛擬粒子。