Вакуум фізичний, середовище, в якому немає часток речовини або поля. У техніці Ст називають середовище, в якому міститься «дуже мало» часток; чим менше часток знаходиться в одиниці об'єму такого середовища, тим більше високий В. Однако повне Ст — середовище, в якому зовсім немає часток, немає позбавлене всяких властивостей «ніщо». Відсутність часток у фізичній системі не означає, що вона «абсолютно порожня» і в ній нічого не відбувається.
Сучасне поняття Ст оформилося в рамках квантовій теорії поля . У мікросвіті, який описується квантовою теорією, має місце корпускулярно-хвильовий дуалізм : будь-які частки (молекули, атоми, елементарні частки) володіють деякими хвилевими властивостями і будь-яким хвилям властиві деякі властивості часток (корпускул). У квантовій теорії поля всі частки, у тому числі і «корпускули» світлових хвиль, фотони, виступають на однакових підставах — як кванти відповідні ним фізичних полів: фотон — квант електромагнітного поля; електрон і позитрон — кванти електронно-позитронного поля; мезони — кванти мезонного, або ядерного, поля і так далі З кожним квантом пов'язані властиві часткам фізичні величини: маса, енергія, кількість руху (імпульс), електричний заряд, спин і ін. Стан системи і її фізичні характеристики повністю визначаються числом складових її часток — квантів — і їх індивідуальними станами. Зокрема, в будь-якої квантової системи є вакуумний стан, в якому вона зовсім не містить часток (квантів). У такому стані енергія системи приймає найменше з можливих значень, а її заряд, спин і що інші характеризують систему квантові числа дорівнюють нулю. Ці факти інтуїтивно зрозумілі: оскільки у вакуумному стані немає матеріальних носіїв фізичних властивостей, то, здавалося б, для такого стану значення всіх фізичних величин повинні дорівнювати нулю. Але в квантовій теорії діє принцип неопределенностей (див. Неопределенностей співвідношення ), згідно якому лише частина фізичних величин, що відносяться до системи, може мати одночасно точні значення; останні величини виявляються невизначеними. (Так, точне завдання імпульсу частки спричиняє за собою повну невизначеність її координати.) Тому у всякій квантовій системі не можуть одночасно точно дорівнювати нулю всі фізичні величини.
До величин, які не можуть бути одночасно точно задані, відносяться, наприклад, число фотонів і напруженість електричного (або магнітного) поля: строга фіксація числа фотонів приводить до розкиду (флуктуаціям) у величині напруженості електричного поля відносно деякого середнього значення (і навпаки). Якщо число фотонів в системі в точності дорівнює нулю (вакуумний стан електромагнітного поля), то напруженість електричного поля не має певного значення: поле весь час випробовуватиме флуктуації, хоча середнє (спостережуване) значення напруженості дорівнюватиме нулю. До таких флуктуацій схильні і всі інші фізичні поля — електронно-позитронне, мезонне і так далі
В квантовій теорії поля флуктуації інтерпретуються як народження і знищення віртуальних часток (тобто часток, які безперервно народжуються і відразу ж знищуються), або віртуальних квантів даного поля. Наявність флуктуацій не позначається на значеннях повного електричного заряду, спину і ін. характеристик системи, які, як вже говорилося, дорівнюють нулю в стані В. Однако віртуальні частки так само беруть участь у взаємодіях, як і реальні. Наприклад, віртуальний фотон здатний породити віртуальну пару електрон-позитрон, аналогічно народженню реальним фотоном реальної позитронної для електрона пари (див. Анігіляція і народження пар ). Завдяки флуктуаціям Ст набуває особливих властивостей, що виявляються в спостережуваних ефектах, і, отже, стан Ст володіє всіма правами «справжніх» фізичних станів.
Розглянемо систему, що складається лише з одного реального електрона. Реальних фотонів в такій системі немає, але флуктуації фотонного Ст (цей термін і означає відсутність реальних фотонів) приводять до виникнення «хмари» віртуальних фотонів біля цього електрона, а услід за ними — віртуальних пар електрон-позитрон. Такі пари проявляють себе подібно до зв'язаних зарядів в діелектриці: під дією кулонівського поля реального електрона вони поляризуються і екранують (тобто ефективно зменшують) заряд електрона. По аналогії з діелектриком, ефект екранування заряду віртуальними частками називається поляризацією вакууму.
В результаті поляризації В електричне поле зарядженої частки на малих відстанях від неї злегка відрізняється від кулонівського. Через це, наприклад, зміщуються енергетичні рівні найближчих до ядра електронів в атомі (див. Зрушення рівнів ). Поляризація Ст впливає і на поведінку заряджених часток в магнітному полі. Що характеризує це поведінка магнітний момент частки у результаті відрізняється від свого «нормального» значення, визначуваного масою і спином частки (див. Магнетон ). Поправки як до рівнів енергії, так і до магнітного моменту, складають долі відсотка, і теоретично обчислені значення з дуже високою точністю узгоджуються з виміряними на досвіді.
