卡西米尔效应，一个本已盖棺定论的物理现象，或将掀起物理风暴

以前我们以为卡西米尔效应（Casimir effect）是因为量子真空能量。现在，有人告诉我们：错了，根本不是这么回事。

这不是一个无关痛痒的小修正，而是可能从根子上推翻我们对量子场论的某些理解。

先回顾一下卡西米尔效应的传统解释。两块金属板放在真空中，会因为某种神秘的力被吸在一起。这个力，被认为是因为真空中“虚粒子”对板间空间的压强小于板外，从而造成净压力把它们推向彼此。这听起来很美，和量子力学的零点能、真空涨落这些概念严丝合缝，甚至让人觉得直觉上应该就是这样。

但问题来了。如果卡西米尔效应真的源于真空能量，那它应该总是吸引的。但实验发现，如果换成一个金属球和一个平板，作用力有时是吸引，有时是排斥。

这意味着，解释有问题。

如果不是真空能量，那是什么？答案是相对论性的范德华力（van der Waals force）。

这才是核心。

早在2005年，Jaffe就发了一篇论文，明确指出卡西米尔效应可以完全用范德华力来解释，和量子真空能量没关系。范德华力的本质，是量子电动力学（QED）作用下的电磁相互作用。当金属板间距离变化时，电子云的相互作用模式也在变，导致作用力出现。而这个力，在特定条件下可以变成排斥的。

再补充一点。如果把精细结构常数α设为0（也就是完全去掉电磁相互作用），卡西米尔效应就消失了。这说明，卡西米尔力不是来源于什么神秘的真空，而是来源于电磁作用本身。

这就有意思了。

如果卡西米尔效应只是电磁相互作用的相对论性修正，那所谓的“量子真空能量”是不是根本不存在？

物理学界现在也有人在认真讨论这个问题。有人甚至开始怀疑，量子真空涨落可能只是数学上的构造，类似于解三次方程时引入的虚数，它能帮助计算，但未必对应现实世界的某种物理量。

这影响深远。首先，整个零点能量的概念都得重新审视。如果真空能量不是真实存在的物理量，那宇宙学的“宇宙常数”是不是也是错的？

其次，黑洞霍金辐射的解释也得改。过去的主流观点认为，霍金辐射来源于视界附近的真空涨落，但如果真空涨落本身只是数学工具，那霍金辐射可能完全是另一个机制。

再往深处走，问题就更大了。

我们知道，加速运动的观测者会看到宇宙背景辐射（Unruh effect），这个效应和卡西米尔效应在某种意义上是等价的。如果卡西米尔效应和真空能量无关，那Unruh效应呢？

更离谱的是，黑洞视界附近的加速运动者会看到Unruh辐射，而这本质上就是霍金辐射。如果Unruh效应可以用相对论的电磁作用解释，而不需要真空能量，那霍金辐射是不是也可以？

换句话说，整个关于量子真空的理解，可能得重做。

这里还有个细节。

霍金辐射的主流解释，假设了真空涨落能产生“负能量态”粒子，而这些粒子会被黑洞吸收，从而导致黑洞质量减少。但如果真空涨落根本不是实体，那负能量态怎么来？

回到卡西米尔效应本身，这个修正其实早就被提出来了。只是因为“真空能量”这个概念太深入人心，很多人并不愿意接受。毕竟，真空能量的计算可以用最简单的方法得到卡西米尔力，这种计算方式让人误以为它才是更基本的机制。

但更简单的计算，不等于物理机制就一定是这样。

卡西米尔本人一开始算卡西米尔效应时，用的也是范德华力，而不是零点能。只是后来在波尔（Bohr）的建议下，他才换了一种计算方法。也就是说，从最早的计算来看，卡西米尔效应本来就不是零点能的产物。

如果真空能量是假的，那它还会引出一个更大的问题。

标准模型的真空涨落计算，给出的宇宙常数比实际观测值大了120个数量级。这个问题被称为“宇宙常数问题”，是物理学最大未解之谜之一。现在，如果真空能量根本不存在，那这个问题可能根本就不成立。

至于量子真空到底是什么，现在有几种思路。一种是，它仅仅是数学上的辅助量，就像复数可以用来计算电路，但现实中没有“复数电流”一样。另一种是，它可能确实存在，但不是传统的“零点能”，而是某种更复杂的电磁相互作用的表现。

如果是第一种情况，那整个宇宙学模型可能都要改。如果是第二种，那我们对量子场论的理解，也必须重做。

但无论是哪种，都说明了一点：量子力学和广义相对论之间的矛盾，比我们想象的更深。一直以来，大家都在试图用量子引力来弥合两者的分歧。但现在看来，问题可能更根本：我们可能连量子场论的基础都还没弄清楚。

这就是现在的局面。卡西米尔效应，本以为是一个已经盖棺定论的现象，结果反过来揭开了一场可能席卷整个理论物理的风暴。真空能量，或许只是一个错觉。