既然电磁波属于一种波,那么其自身是否也需要传播的媒介呢,如同水面波纹需要水当作传播媒介那般?这个电磁波的传播媒介是否和引力波的传输一样也是量子涨落呢?原因在于光同样能够在真空中传播。
这个问题直接触及了,关于 “电磁波传播媒介” 的物理学方面的核心争议,从19世纪的 “以太假说” 开始,一直到现代量子场论,人类对于这一问题的认知,经历了完全颠覆性的转变,答案的主要核心在于,电磁波的传播并不需要传统意义上的那种 “机械媒介”,比如说水、空气之类的,然而在量子场论的框架范围之内,它的传播借助于 “量子真空(也就是量子涨落)” 这种量子化的媒介。“光为何能在真空中传播” 这一问题由此结论得以解释,并且,此结论还与你之前所关注的 “量子涨落作为引力载体” 现象,共同构建起 “真空媒介的统一性” 逻辑,具体而言,这一逻辑可从 “历史争议”“量子场论解释”“与引力载体的关联” 这三个层面进行展开阐述:
一、首先,要把历史争议梳理清楚:从“以太假说”遭遇失败开始,一直到量子真空出现为止。
19世纪时,物理学家将水面波需要水、声波需要空气进行类比,进而提出电磁波需要“以太”作为机械媒介,即认为宇宙中充斥着一种处于绝对静止状态的“以太”,且电磁波是“以太的振动”,但此假说在1887年被迈克尔逊 - 莫雷实验完全否定了,。

有人进行了实验,这个实验尝试去检测地球于“以太”里运动之际的“以太风”,这里的“以太风”指的是电磁波在彼此不同方向传播时的速度差异,然而最终结果表明,“电磁波速度在任意方向都是一样的”,这就证实了“绝对静止的机械以太”是不存在的。
这个实验使得物理学界不得不弃用“机械媒介”的思路,一直到量子场论构建完成,才给出了新的解释,那就是,电磁波的传播依靠“电磁场自身的量子属性”,并且电磁场的基态,也就是“量子真空”,是其传播的“量子化媒介”,而量子真空的关键特性恰恰是“量子涨落”。
二、量子场论的核心结论:电磁波是 “电磁场量子涨落的传播”
于现代量子场论里,“电磁场” 属于一种全域性的量子场,它的行为依照量子力学规律,电磁波传播的本质能够拆解成三步,每一步都和 “量子涨落” 直接关联:
电磁场的基态是“量子真空”,不是“绝对真空”,即便没有“实光子”,也就是我们能观测到的光、无线电波等,电磁场依然处于“量子真空态”,这一状态不是“空无一物”,而是充斥着“虚光子对的瞬时产生与湮灭”,亦即是“量子涨落”。虚光子是电磁场量子涨落的具体体现,它们不直接被观测,却持续存在于真空当中 。电磁场量子涨落的激发与传播所形成的是电磁波,当电荷出现加速情况,像原子里电子进行跃迁、天线中电流产生振荡时,就会朝着电磁场注入能量,进而激发虚光子转化为实光子起步网校,而实光子正是电磁波的量子化单元 。这些实光子在进行传播,其本质是这样一种情况,即“电磁场的量子涨落从‘激发区域’向周围真空进行扩散” ,类比于这种情况 “水面波是‘水分子振动的传递’” ,而电磁波是 “电磁场量子涨落(也就是虚光子 - 实光子的转化)的传递” ;区别是在于:水面波的媒介是 “宏观物质(水)” ,电磁波的媒介是 “微观量子场(电磁场的基态高中物理电磁振荡的产生,也就是量子真空)” 。“真空中传播” 的实质情况是,量子真空在全域范围内都有分布,光能因此得以在真空中进行传播,这是由于 “量子真空(其中包含量子涨落)在所有的真空区域都有存在”,也就是即便不存在常规物质,电磁场的基态依然持续存在,量子涨落不间断地发生,从而为实光子的传播给予了 “量子化媒介。这一现象就对 “为什么在没有机械以太的情况下,电磁波依旧能够在真空中传播” 做出了解释,其传播媒介并非宏观的机械物质,而是微观的量子真空。三、关键的关联之处在于,电磁波与引力的传播媒介,是不是共同享有 “量子涨落” 呢?

这个在探讨的问题之中,隐含着一项更为深刻的关于某种情况推断、猜测,那就是“量子涨落是不是所有长程相互作用情况,也就是电磁、引力这些方面的统一媒介”呢?从目前现有的理论角度去看,所得到的答案是“部分实现了统一,不过其中的机制存在着差异”,而这样的情况也为“真空的统一性”这一情况提供了相关线索:
共性在于,均依靠量子真空也就是量子涨落当作“基础环境”,这其中,电磁波的传播依靠“电磁场的量子涨落”,也就是虚光子的转化并且传递;再说说引力的传播,就像你之前讨论的那样,它依靠“时空场的量子涨落”,也就是时空拓扑的微小波动以及虚引力子的涨落。这两者的传播都不需要传统机械媒介,而是把“量子真空”当作共同的“存在基础”,量子涨落是真空的固有属性,因而两种相互作用都能够在真空中传播。不同之处在于,具体的作用机制存在差异,电磁波是由“电磁场的U(1)规范对称性破缺所引发的涨落传播”,这里实光子作为规范玻色子高中物理电磁振荡的产生,负责传递电磁力;而引力则是“时空场的广义协变性致使的涨落传播”,要是引力子存在的话,它便是自旋为2的玻色子来传递引力,或者是通过时空泡沫的拓扑涨落来进行传递。简要来讲,量子涨落属于 “通用的真空背景”,然而电磁与引力凭借 “不同类型的涨落模式” 达成传播 ,这就类似于 “水不但能够传递水面波(水分子做上下振动),而且还可以传递声波(水分子出现疏密振动)”,尽管媒介都是水,可是振动模式并不相同 。归纳而言:“电磁场的量子涨落实为” 电磁波的传播媒介,它与真空的量子本质有着直接关联 。
回到问题核心:
这一认知,不但使“电磁与引力在真空中传播”的媒介逻辑得以统一,还为“量子场论与广义相对论的统一”,也就是量子引力理论,给出了关键线索,或许未来终极理论里,所有相互作用都会统一于“量子真空的涨落机制”。
