真空可能看起來像空曠的空間，但科學家們發現了一種看似從虛無中獲取物質的新方法，例如光。這一發現最終可能幫助科學家們構建極其強大的量子計算機，或揭示宇宙歷史的早期時刻。
量子物理學解釋說，對於物質最基本單元的屬性的精確瞭解是有限制的——例如，人們永遠無法絕對地同時知道粒子的位置和動量。這種不確定性的一個奇異結果是，真空永遠不會完全空虛，而是充滿了所謂的“虛粒子”，它們不斷地閃現和消失。
這些虛粒子通常成對出現，幾乎瞬間相互抵消。儘管如此，在它們消失之前，它們會對周圍環境產生非常真實的影響。例如，光子——光的資料包——可以在真空中彈出和消失。當兩面鏡子在真空中彼此面對放置時，鏡子外部周圍存在的虛光子比鏡子之間存在的虛光子更多，從而產生一種看似神秘的力量，將鏡子推到一起。
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這種現象由荷蘭物理學家亨德里克·卡西米爾在1948年預測，被稱為卡西米爾效應，最初是在靜止不動的鏡子上觀察到的 。研究人員還預測了一種動態卡西米爾效應，當鏡子移動或物體發生其他變化時可能會產生這種效應。現在，芬蘭阿爾託大學的量子物理學家帕西·萊赫特邁基和他的同事們揭示，透過改變光傳播的速度，他們可以使光從虛無中顯現出來。
根據愛因斯坦的相對論，真空中光的速度是恆定的，但光透過任何給定材料的速度取決於該物質的一個屬性，即折射率。透過改變材料的折射率，研究人員可以影響真實光子和虛光子在其中傳播的速度。萊赫特邁基說，可以將這個系統看作非常像一面鏡子，如果它的厚度變化足夠快，從鏡子上反射出來的虛光子可以從反彈中獲得足夠的能量，變成真正的光子。“想象一下，你待在一個非常黑暗的房間裡，突然房間的光的折射率發生了變化，”萊赫特邁基說。“房間會開始發光。”
研究人員首先使用了一個由250個超導量子干涉器件（SQUID）組成的陣列——這種電路對磁場極其敏感。他們將該陣列插入冰箱內。透過仔細地對該陣列施加磁場，他們可以將微波光子透過它的速度改變幾個百分點。然後，研究人員將該陣列冷卻到絕對零度以上千分之五十攝氏度。由於這種環境是超冷的，它不應發出任何輻射，基本上表現為真空。“我們只是為了開發放大器而研究這些電路，而我們確實做到了，”阿爾託大學的理論物理學家索林·帛琉阿努研究員說。“但是後來我們問自己——如果沒有訊號要放大怎麼辦？如果真空是訊號會發生什麼？”
研究人員探測到了與動態卡西米爾效應預測相符的光子。例如，這樣的光子應該顯示出量子糾纏的奇異特性——也就是說，透過測量其中一個光子的細節，科學家原則上可以確切地知道它的對應物是什麼樣的，無論它在宇宙中的哪個位置，愛因斯坦將這種現象稱為“幽靈般的超距作用”。科學家們於2月11日在《美國國家科學院院刊》上線上詳細介紹了他們的發現。
耶魯大學的理論物理學家史蒂文·吉爾文說：“這項工作和許多其他最近的工作表明，真空不是空的，而是充滿了虛光子。”他沒有參與阿爾託大學的研究。
物理學家克里斯托弗·威爾遜和他的同事們進行的另一項研究最近證明了動態卡西米爾效應在一個模擬以接近光速5%的速度移動的鏡子的系統中。“很高興看到對這種效應的進一步證實，並看到這個研究領域的持續發展，”威爾遜說，他現在在安大略省的滑鐵盧大學工作，也沒有參與阿爾託大學的研究。“只是最近技術才進步到一個新的技術實驗領域，在這個領域我們可以開始研究可能對電磁場產生巨大影響的非常快速的變化，”他補充說。
研究人員警告說，這些實驗並不構成一種神奇的方法，可以從系統中獲得比輸入更多的能量。例如，改變材料的折射率需要能量。
相反，這樣的研究可以幫助科學家更多地瞭解量子糾纏的奧秘，量子糾纏是量子計算機的核心——量子計算機是一種先進的機器，原則上可以在瞬間執行比宇宙中原子數量更多的計算。實驗陣列產生的糾纏微波光子“可以用於一種稱為‘連續變數’量子資訊處理的量子計算形式，”吉爾文說。“這是一個剛剛開始發展的方向。”
威爾遜補充說，這些系統“可能被用來模擬一些有趣的場景。例如，有人預測，在早期宇宙的宇宙暴脹期間，宇宙的邊界幾乎以光速或快於光速的速度膨脹。我們可能會預測那時會產生一些動態卡西米爾輻射，我們可以嘗試對這種情況進行桌面模擬。”
因此，靜態卡西米爾效應涉及靜止不動的鏡子；動態卡西米爾效應例如可以涉及移動的鏡子。