真空并非傳統意義上的"空無一物"，在量子場論中，真空是量子場的基態，充滿著動態的能量漲落。這種真空能量在特定條件下可以產生正負能量對，這種現象在理論和實驗中都得到了驗證。

真空能量的概念源于量子力學的不確定性原理。根據海森堡不確定性原理，即使在絕對零度，量子系統仍存在零點能。在量子場論中，真空被視為各種量子場的基態，但其中仍存在持續的虛粒子對產生和湮滅。這些虛粒子對包括正負能量對，它們在極短的時間內出現并消失，不違反能量守恒定律。

正負能量的概念在狄拉克方程中得到了重要體現。狄拉克預言了反粒子的存在，如正電子（電子的反粒子）。當高能光子與原子核相互作用時，可能產生正負電子對，這是正負能量轉化的直接例證。類似地，在黑洞霍金輻射中，真空漲落導致正負能量粒子對在事件視界附近產生，其中一個粒子落入黑洞，另一個逃逸，形成輻射。

在宇宙學中，真空能量與暗能量密切相關。觀測表明宇宙在加速膨脹，這被歸因于具有負壓的暗能量。根據廣義相對論，負壓的物質會產生排斥性的引力，這正是宇宙加速膨脹的動力來源。真空能量的正負性質對宇宙的命運有著深遠影響。

實驗上，卡西米爾效應為真空能量提供了有力證據。當兩個未帶電的金屬板在真空中非常接近時，它們會受到一種微弱的吸引力，這是因為板間限制了某些波模的真空漲落，導致板外壓力大于板內壓力。

真空中的正負能量不僅是量子場論的核心概念，也在粒子物理、宇宙學等多個領域扮演著關鍵角色。理解這些現象不僅深化了我們對基本物理規律的認識，也為探索宇宙起源和演化提供了重要線索。