真空可能看起来像空旷的空间，但科学家们发现了一种看似从虚无中获取物质的新方法，例如光。这一发现最终可能帮助科学家们构建极其强大的量子计算机，或揭示宇宙历史的早期时刻。
量子物理学解释说，对于物质最基本单元的属性的精确了解是有限制的——例如，人们永远无法绝对地同时知道粒子的位置和动量。这种不确定性的一个奇异结果是，真空永远不会完全空虚，而是充满了所谓的“虚粒子”，它们不断地闪现和消失。
这些虚粒子通常成对出现，几乎瞬间相互抵消。尽管如此，在它们消失之前，它们会对周围环境产生非常真实的影响。例如，光子——光的数据包——可以在真空中弹出和消失。当两面镜子在真空中彼此面对放置时，镜子外部周围存在的虚光子比镜子之间存在的虚光子更多，从而产生一种看似神秘的力量，将镜子推到一起。
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这种现象由荷兰物理学家亨德里克·卡西米尔在1948年预测，被称为卡西米尔效应，最初是在静止不动的镜子上观察到的 。研究人员还预测了一种动态卡西米尔效应，当镜子移动或物体发生其他变化时可能会产生这种效应。现在，芬兰阿尔托大学的量子物理学家帕西·莱赫特迈基和他的同事们揭示，通过改变光传播的速度，他们可以使光从虚无中显现出来。
根据爱因斯坦的相对论，真空中光的速度是恒定的，但光通过任何给定材料的速度取决于该物质的一个属性，即折射率。通过改变材料的折射率，研究人员可以影响真实光子和虚光子在其中传播的速度。莱赫特迈基说，可以将这个系统看作非常像一面镜子，如果它的厚度变化足够快，从镜子上反射出来的虚光子可以从反弹中获得足够的能量，变成真正的光子。“想象一下，你待在一个非常黑暗的房间里，突然房间的光的折射率发生了变化，”莱赫特迈基说。“房间会开始发光。”
研究人员首先使用了一个由250个超导量子干涉器件（SQUID）组成的阵列——这种电路对磁场极其敏感。他们将该阵列插入冰箱内。通过仔细地对该阵列施加磁场，他们可以将微波光子通过它的速度改变几个百分点。然后，研究人员将该阵列冷却到绝对零度以上千分之五十摄氏度。由于这种环境是超冷的，它不应发出任何辐射，基本上表现为真空。“我们只是为了开发放大器而研究这些电路，而我们确实做到了，”阿尔托大学的理论物理学家索林·帕劳阿努研究员说。“但是后来我们问自己——如果没有信号要放大怎么办？如果真空是信号会发生什么？”
研究人员探测到了与动态卡西米尔效应预测相符的光子。例如，这样的光子应该显示出量子纠缠的奇异特性——也就是说，通过测量其中一个光子的细节，科学家原则上可以确切地知道它的对应物是什么样的，无论它在宇宙中的哪个位置，爱因斯坦将这种现象称为“幽灵般的超距作用”。科学家们于2月11日在《美国国家科学院院刊》上在线详细介绍了他们的发现。
耶鲁大学的理论物理学家史蒂文·吉尔文说：“这项工作和许多其他最近的工作表明，真空不是空的，而是充满了虚光子。”他没有参与阿尔托大学的研究。
物理学家克里斯托弗·威尔逊和他的同事们进行的另一项研究最近证明了动态卡西米尔效应在一个模拟以接近光速5%的速度移动的镜子的系统中。“很高兴看到对这种效应的进一步证实，并看到这个研究领域的持续发展，”威尔逊说，他现在在安大略省的滑铁卢大学工作，也没有参与阿尔托大学的研究。“只是最近技术才进步到一个新的技术实验领域，在这个领域我们可以开始研究可能对电磁场产生巨大影响的非常快速的变化，”他补充说。
研究人员警告说，这些实验并不构成一种神奇的方法，可以从系统中获得比输入更多的能量。例如，改变材料的折射率需要能量。
相反，这样的研究可以帮助科学家更多地了解量子纠缠的奥秘，量子纠缠是量子计算机的核心——量子计算机是一种先进的机器，原则上可以在瞬间运行比宇宙中原子数量更多的计算。实验阵列产生的纠缠微波光子“可以用于一种称为‘连续变量’量子信息处理的量子计算形式，”吉尔文说。“这是一个刚刚开始发展的方向。”
威尔逊补充说，这些系统“可能被用来模拟一些有趣的场景。例如，有人预测，在早期宇宙的宇宙暴胀期间，宇宙的边界几乎以光速或快于光速的速度膨胀。我们可能会预测那时会产生一些动态卡西米尔辐射，我们可以尝试对这种情况进行桌面模拟。”
因此，静态卡西米尔效应涉及静止不动的镜子；动态卡西米尔效应例如可以涉及移动的镜子。