真空能量

徠根據量子理論，一個單擺的基態或者最低能量的態不是只停留在最低能量的點上，而直接向下指。如果那樣就具有確定的位置和確定的速度，即零速度。就違背了不確定性原理，這個原理禁止同時精確地測量位置和速度。位置的不確定性乘上動量的不確定性必須大於被稱為普朗克常數的一定量。普朗克常數因為經常使用顯得太長，所以用一個符號來表示：h。

這樣一個單擺的基態，或最低能量的態，正如人們預料的，不具有零能量。相反的，甚至在一個單擺後者任何振動系統的基態之中，必須有一定的稱為零點起伏的最小量。這意味著單擺不必須垂直下指，它還有在和垂直成小角度處被發現的概率。類似的，甚至在真空或者最低能的態，在麥克斯韋場中的波長也不嚴格為零，而具有很小的量。單擺或者波的頻率越高，則基態的能量越高。

人們計算了麥克斯韋場和電子場的基態起伏，發現這種起伏使電子的表現質量和電荷都變成無窮大，這根本不是我們所觀測到的。然而，在40年代物理學家查里德？費因曼，朱里安？施溫格和超永振一郎發展了一種協調的方法，除去或者“減掉”這些無窮大，而且只要處理質量和電荷的有限的觀測值。儘管如此，基態起伏仍然產生微小效應，這種效應可以被提出的理論中的楊-米爾斯理論是麥克斯韋理論的一種推廣，它描述另外兩種成為弱核力和強核力的相互作用。然而，在量子引力論中基態起伏具有嚴重的多的效應。這裡重複一下，每一波長各種基態能量。由於麥克斯韋場具有任意短的波長，所以在時空的任一區域中都具有無限數目的不同波長，並且此具有無限量的基態能。因為能量密度和物質一樣是引力之源，這種無限大的能量密度表明，宇宙中存在足夠的引力吸引，使時空捲曲成單獨的一點，顯然這並未發生。

人們也許會說基態起伏沒有引力效應，以及解決似乎在觀測和理論之間的衝突，但是這也不可以。人們可以對利用卡米西爾效應是把符合在平板間的波長的數目相對於外面的數目稍微減少一些。這就意味著，在平板之間的基態起伏的能量密度雖然仍為無限大，卻比外界的能量密度少了有限量。這種能量密度差產生了將平板拉到一起的力量，這種力已被實驗觀測到。在廣義相對論中，力正和物質一樣是引力的源。這樣，如果無視這種能量差的引力效應則是不協調的。

解決這個問題的另一種可能的方法，是假定存在諸如愛因斯坦為了得到宇宙的靜態模型的宇宙常數。如果該常數具有無限大負值，它就可能精確地對消自由空間中的基態能量的無限正值。但是這個宇宙常數似乎非常特別，並且必須被無限準確地調準。

量子理論預示，真空中蘊藏著巨大的本底能量，它在絕對零度條件下仍然存在，稱為真空零點能。對卡西米爾力（Casimir force，一種由於真空零點電磁漲落產生的作用力）的精確測量，證實了這一物理現象。

現代科學家認為真空並不意味著一無所有，真空是由正電子和負電子旋轉波包組成的系統。而與這種現象伴生的能量，稱為零點能，也就是說，即使在絕對零度，這種真空活性仍然保持著。狄拉克從量子場論對真空態進行了描述，把真空比喻為起伏不定的能量之海。J. Wheeler估算出真空的能量密度可高達1013J/cm3。