物质具有稳定性，而门捷列夫的元素周期表中具有周期规律性。这些性质归根结底都源于电子服从一个基本的量子力学准则－－不相容原理：任何集合内的两个电子，都不能同时占据相同的量子能级。保罗·狄拉克（Paul Dirac）第一个认识到量子理论意味着电子也可以带正电，形成所谓的“反”电子，即现在的正电子。由此，他利用不相容原理构造了一个真空模型，其中会自然而然地产生正电子这种奇葩的存在。他认为，真空绝非空无一物：对狄拉克而言，真空中布满了无限多的电子，其中单个电子的能量覆盖了所有的值－－从负无穷到某个最大值。这种深厚而平静的海洋无处不在，但只能通过扰动它才能发现它的存在。我们将这种常态称为基态，这是我们的基本级，相对这个基本级我们才定义了所有的能量：狄拉克的“海平面”定义了能量的零值。
E ＝mc 2 是爱因斯坦著名的质能方程，转换一下可以写成m ＝Elc 2 ，这表明能量可以转化成质量。电子和正电子是一对反物质，拥有相同的mc 2 和等量反向的电荷。所以一个能量E 如果转换成2mc 2 ，那么就可以产生一个正电子和一个负电子。真空内的能量涨落可以自发地转化成正电子和负电子，但是受限于测不准原理，这种转换仅能维持
的时间，约10-21 秒。在这么短的时间内，光也只能跑约千分之一个氢原子半径这么长的距离。如此“虚幻”的粒子是没法看到的，只能导致这些涨落的总计能量守恒发生一点偏移。但是，通过精密的实验，可以测到一些证据，证明真空中充满了这种虚幻的粒子。
像电子或者离子这种带电粒子，四周都围绕着一团由负电子和正电子构成的虚拟云(7) 。这些云会产生很多效应，其中一种会使两个带电物质之间的电动力发生改变。如果我们有更好的显微镜，就能更敏感地察觉到真空中这些虚拟云的效应。当正负电子对在千分之一个原子半径上与虚拟存在体之间若即若离的时候，会对氢原子中的质子和电子间作用力产生影响。这些影响会改变力的逆平方法则，也会影响粒子的磁性－－比如电子的磁性本来可以精确计算到误差小于千亿分之一。
在狄拉克的描述中，真空是一个充满电子、无限深邃的海洋；如果海洋中的一个电子丢失了，就会产生一个空洞。带负电的电子的能量低于海平面；如果这种电子缺失了，就会产生一个带正电的粒子，即所谓的正电子。之前描述的零点能量现象，会导致这个海平面的涨落，进而瞬间将电子移走留下一个空洞，形成一个虚拟的正-负电子对。
要看到这种虚拟的涨落，一个办法就是向原子中注入能量。如果用一个能量超过2mc2 的光子照射原子，很有可能将原子电离。但是也有另一种可能，当光子射入时在原子内电场中冒出一对虚拟的正-负电子。在这种情况下，光子会将电子对驱逐出原子，使得原子内部保持稳定。这种现象被称为“电子对效应”，可以使用气泡室对其成像，形成如图7.3所示的漂亮的艺术图形。从此，这两个虚拟的粒子变成了现实。
图7.3 电子对效应
对于狄拉克而言，这些反粒子都是真空无限海洋中的空洞。这种描述有效地避免了悖论的发生。如果真空真的空无一物，那么自然的规律由谁来制定，而物质的性质又由谁来掌控？比如，所有产生于“真空以外”的负电子和正电子都有相同的性质，拥有特定的质量，而不是随心所欲地随机产生。质子、夸克以及其他类似的粒子，也符合这个排斥原则，同样弥漫在这个无限深邃的海洋当中。正是这个无限深邃的狄拉克海洋，提供给了我们可以具体化的各种粒子。
图7.4 生产可能线
（a）真空中充满了一个无限深邃的能量海洋，其中能量级从负无穷到一个正的最大值。我们将这种最低能量状态定义为零点。（b）正能量状态，例如：相对真空带正能量的电子。（c）真空中的空洞。负能量状态以及负电荷的缺失，会导致出现一种貌似的正能量状态以及正电荷。这就是狄拉克所描述的电子的反粒子：正电子。（d）负能量状态缺失，正能量状态取而代之。这可以是一个正能量电子，而这个“空洞”感觉起来就是一个正能量的正电子。要产生这种构型，首先要向真空中注入能量。这个能量可以来自光子，当光子入射后，会转换成一个正电子和一个负电子。图7.3给出的照片(8) ，显示的就是关于这个过程的真实实验结果。
在这种解释下，真空就变成了一种媒介。它和“真实”媒介中发生的各种现象之间有一种说不清道不明的联系。比如，在固体和液体中，大量的原子或粒子将自身构造成不同的“相”。因此量子真空就像一种多物体系统，其中的构型就处于最低可能能量下，即所谓的“基态”。在下一章中，我们将对此作更多的介绍。其中的含义十分深奥，甚至有一种可能，在宇宙的漫长历史中真空的性质并不是一成不变的。而且还导致了一种有趣的可能性：可以向真空中“添加”某些物质，从而导致真空能量变低。在这种情况下，就制造出了一个新的真空状态；之前真空中的能量比真实的基态更高，所以被称为“伪”真空。从“伪”真空到新真空的这种转变就称为相变。理论学家推测，在宇宙产生初期，温度超过一千万亿度时（见第8章），就会发生上述转变。同样的，高能物理实验有望很快给出这个答案。
