请想象一个真空的区域，比如将外太空中的一立方米空间内的氢以及其他粒子都移除，其中就真的没有能量和物质了吗？从量子宇宙的角度来看，答案是否定的。
如果空间内没有粒子，就无法知道运动和能量的信息。你也许可以将所有的物质移除，但是量子测不准原理表明还会存在能量：能量也不可能为0。如果你坚持认为虚空存在，其中不含有任何物质和能量，那就违背了测不准原理。存在一个最小的值，称为零点能量，但这也是所能达到的极限了。要达到这种状态，可以考虑的只有少数原子的不稳定态。
只有当粒子的位置未知时，才能确定粒子的准确速度。这意味着如果用一条原子的线将一个小分子团吊起来并做钟摆运动，分子团最终不会在竖直方向上停下来，即这个分子球不会在最低位置保持静止，而这个最低位置就是我们所说的“零点”。相反，量子测不准原理表明它必须在这个位置周围轻轻地晃动。这个现象称为零点摆动。
由于摆动会受到重力作用，当分子团距零点越高时，它的重力势能就越大。当摆动到最高点，宏观摆动的势能也达到最大，此时动能为零；相反，当到达最低点时，势能为零，动能最大。当这个摆动发生在“纳观”尺度时，事情就变得更加微妙了。此时，如果我们将这个摆球限制在高度零点，此时势能最小，它的运动状态和后端动能就变得不可测量了。相反，使摆球处于静止状态，此时动能最小，而相对零点的高度变得不可测量。量子力学认为，只能达到一个最小的动能和势能和，而动能和势能不能同时都为零。这个最小值就是原子集合的零点能量。
图7.2
（a）钟摆起点处于静止的高点：其势能较大，动能为零。在重力作用下，它开始下摆；在最低点时没有势能，而动能最大。在摆动的过程中，动能＋势能的总和保持不变。（b）经典钟摆可以保持静止下垂。此时动能和势能都为零，因而总能量为零。（c）对于量子钟摆而言，动能和势能不能同时为零。将它悬在最低点，此时势能等于零，但运动状态不可测，所以动能也就无法得知，这就是“零点运动”。（d）又或者，如果钟摆静止，动能为零，那么它的位置就不可测，势能无法得知。（e）存在一个动能＋势能的最小可能值，称为零点能量。
对于一个宏观的钟摆来说，比如古董表，这种零点能量太小，可以忽略。但是，对于几个原子构成的原子簇以及分子团，这个最小能量就和粒子团本身的能量相当了。零点能就会影响运动状态，比如影响分子中的原子运动，或者大分子簇中单独分子的运动。因此，物质中的分子运动会随着温度升高而加快，温度越高运动越剧烈。量子理论认为，即使到达绝对零度(6) ，其中仍然存在一个固有的零点能量。这意味着，绝对零度这种使得一切都被冻结在固定位置上而不存在动量和能量的理想状态，是不可能达到的。
这个理论的一个重要之处在于，它表明当没有物质时，也存在一个有限尺寸的空间。导致的最终结论是，即使将一个有限空间内的所有物质移除，其中也会充满能量。这个有限空间无论多大，都必须服从于能量的涨落。在宏观体积上，这个影响很小，可以忽略；但是，对于微小空间而言，这个能量的涨落就很大了。
光有波动性，因此两束光可以抵消变为0。那么同样0也可以变为两个反平衡的物质。虚空中也许整体看来没有电磁场，但是由零点现象驱动的涨落却一直存在，导致不可能存在真正一无所有的空间。在现代科学观中，真空实际上是一种能量最小的状态；在这种状态下，不能再移除任何能量了。用科学术语来说，这种真空状态称为“基态”。而自然界中的物质都处于激发态，其能量密度相当于一个、两个甚至数十亿个物质粒子或者射线。要想移除这些真实存在的粒子，就必须达到基态，但此时量子涨落仍然存在。量子真空就像一种媒介，从中我们可以知晓宏观聚集系统的基态，在第8章中，我们会看到更多量子真空的神奇性质。
首先，我们需要确定零点能量真实存在，而不仅仅是一些数学假设。1948年，亨德里克·卡西米（Hendrik Casimir）为这个存在给出了一个物理上的结果，这个结果经过多年的尝试后在1996年被实验所证实。
虚空是一个零点波形成的量子海洋，其波长覆盖所有范围，从原子尺度一直到宇宙大小。现在，将两块略微分开的平行金属板放入真空中，它们之间会产生一个微小的吸引力。当然，它们之间会相互产生万有引力，但是相比“卡西米效应”而言是微不足道的。当金属板放入真空，就扰乱了真空中的波动，从而产生了“卡西米效应”。
金属可以导电，而这会对虚空内零点能量的电磁波产生影响。量子理论认为，在两块金属板之间，只有那些具有精确整数波长的波才能存在。例如，小提琴能奏出美妙的音色和各种和声，是因为琴弦在两个固定端之间发生振动；同样，只有当波长与金属板之间的缝隙“协调”时，才能发生“振动”，而在两块金属板之外所有波长的波都可以存在。因此，在两块金属板之间，有一些波就“丢失”了，这意味着金属板之间的压强比外部要小，从而导致一个总体的向内的压力。量子力学对这个力的大小进行了预言。由于其是一个量子效应，所以它的值正比于普朗克常量h 和电磁波速度c ，但与金属板之间距离d 的4次方成反比。因此，当金属板间距d 很大时，这种力就会消失；而在我们提及的无限虚空内，物质可以认为是无限远离的，所以不存在这种力的效应。相反，当两块板靠近时，这个力会增大；在这种情况下我们可以对这个力进行测量，确定它的值以及随距离的变化关系。
那么，我们已经测定了这个力，确认了其效应，并建立起了虚空内的零点能量概念。卡西米效应表明，虽然零点能量不可知，但零点能量的变化却是一个真实可测的值。零点能量的值事实上是无限大的，而一些对于这个理论的曲解导致了一些荒谬观点，比如《无限能量》（Infinite Energy ）（原文如此）杂志中认为零点能是一切力量的源泉，多年来一直被科学界所忽视，直到冷聚变的研究者们发现了它，诸如此类。事实上，零点能量并非如此。它是一个系统或者真空能够达到的最小能量。
在真空中，电磁场会不断地发生零点移动。真空的零点能量不能提取，也不能用作能源；这已经是真空的最低能状态了。但是，当粒子穿过真空时，会感受到其中的零点移动效应。
当感觉到真空电磁场的零点移动时，飞行中的电子会发生轻微的摆动。想看到这种摆动，首先需要一些可测量的参照物，而禁锢在氢原子内部的电子足以说明真空绝对不是空无一物的。氢原子中的电子运动速度约为光速的百分之一。在氢原子光谱中可以知道，电子在不同的原子轨道间跃迁时发生的能量变化。而光谱线上光的能量，就对应着原子不同能级间的能量差。
第二次世界大战期间，军方研究出了雷达技术，这项技术在战后被科学家用于测量电子跃迁产生的光谱的能量，相对精度高达百万分之一。这直接导致了“兰姆移位”的发现：1947年，威利斯·兰姆（Willis Lamb）第一次发现了这种移位，并用自己的名字予以命名。量子力学认为，如果真空内空无一物，就会发生一种略微的移位，这就是后来测到的“兰姆移位”。在理论计算时，人们考虑了翻腾的量子真空中的涨落之后，计算得到的移位与实验结果完全相同。
量子力学在对次原子尺度上的现象进行描述的时候，是忽略了万有引力作用的。迄今为止，没有人成功地将20世纪伟大的两个物理支柱－－量子力学和广义相对论－－融合在一起以达到数学上的一致以及得到实验物理上的统一理论。事实上，科学家们通常会回避这个问题，认为这两种理论只适用于各自的领域。但是在宇宙大爆炸发生的最初的10-43 秒，宇宙如此之小，而万有引力完全包裹在一起，这时就需要量子引力理论来解释了。如何构建量子引力理论，至今仍是数理物理学界的一个主要的难题。但是，这个理论的一些深奥含义却能帮助我们解答一些棘手的问题。比如，我们总觉得空间和时间维度有些不同，至少我们穿过它们或者收取和处理信息的能力上就有差异。假设我们宏观感知到这种细微的差异真实存在，而对自然现象的描述也下探到了超过原子量级，那么当初期宇宙还只有约10-35 米这种尺度的时候，量子引力理论认为时间和空间是完全纠缠在一起的。在量子引力中，空间和时间必须在某种程度上“相同”。
在时间和空间中，运动、动量、能量和位置都是相互配对的测不准量，这表明，基于量子引力理论，在时间和空间的自身构造中时刻发生着起伏涨落。如果我们试图测量一段很短的距离，这个距离与质子尺度之比等于质子与人体尺度之比，或者试图记录一段时间，长度约10-43 秒，此时我们就会发现牛顿模型已经浓缩成了一种时空泡沫。我无法想象这会是什么东西，但是科幻小说作家们却很爱写这种故事。
当今科学界存在一个共识，即我们所知的一切都来源于量子真空，甚至时间和空间模型也不例外。正如我们即将看到的，沸腾的真空可以有一些高深的含义，可以帮助我们理解如何从虚空中创造出物质。
