真空并非传统意义上的"空无一物"，在量子场论中，真空是量子场的基态，充满着动态的能量涨落。这种真空能量在特定条件下可以产生正负能量对，这种现象在理论和实验中都得到了验证。
真空能量的概念源于量子力学的不确定性原理。根据海森堡不确定性原理，即使在绝对零度，量子系统仍存在零点能。在量子场论中，真空被视为各种量子场的基态，但其中仍存在持续的虚粒子对产生和湮灭。这些虚粒子对包括正负能量对，它们在极短的时间内出现并消失，不违反能量守恒定律。
正负能量的概念在狄拉克方程中得到了重要体现。狄拉克预言了反粒子的存在，如正电子（电子的反粒子）。当高能光子与原子核相互作用时，可能产生正负电子对，这是正负能量转化的直接例证。类似地，在黑洞霍金辐射中，真空涨落导致正负能量粒子对在事件视界附近产生，其中一个粒子落入黑洞，另一个逃逸，形成辐射。
在宇宙学中，真空能量与暗能量密切相关。观测表明宇宙在加速膨胀，这被归因于具有负压的暗能量。根据广义相对论，负压的物质会产生排斥性的引力，这正是宇宙加速膨胀的动力来源。真空能量的正负性质对宇宙的命运有着深远影响。
实验上，卡西米尔效应为真空能量提供了有力证据。当两个未带电的金属板在真空中非常接近时，它们会受到一种微弱的吸引力，这是因为板间限制了某些波模的真空涨落，导致板外压力大于板内压力。
真空中的正负能量不仅是量子场论的核心概念，也在粒子物理、宇宙学等多个领域扮演着关键角色。理解这些现象不仅深化了我们对基本物理规律的认识，也为探索宇宙起源和演化提供了重要线索。
