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歷史中的以太是什麼

發布時間:2022-09-23 08:01:24

❶ 「以太」是什麼意思

以太(Ether)(或譯乙太;英語:ether或aether)是古希臘哲學家所設想的一種物質,是一種曾被假想的電磁波的傳播媒質,但後來被證實並不存在。
在古希臘,以太指的是青天或上層大氣。在宇宙學中,有時又用以太來表示占據天體空間的物質。17世紀的笛卡兒是一個對科學思想的發展有重大影響的哲學家,他最先將以太引入科學,並賦予它某種力學性質。

在笛卡兒看來,物體之間的所有作用力都必須通過某種中間媒介物質來傳遞,不存在任何超距作用。因此,空間不可能是空無所有的,它被以太這種媒介物質所充滿。以太雖然不能為人的感官所感覺,但卻能傳遞力的作用,如磁力和月球對潮汐的作用力。

後來,以太又在很大程度上作為光波的荷載物同光的波動學說相聯系。光的波動說是由胡克首先提出的,並為惠更斯所進一步發展。在相當長的時期內(直到20世紀初),人們對波的理解只局限於某種媒介物質的力學振動。這種媒介物質就稱為波的荷載物,如空氣就是聲波的荷載物。

由於光可以在真空中傳播,因此惠更斯提出,荷載光波的媒介物質(以太)應該充滿包括真空在內的全部空間,並能滲透到通常的物質之中。除了作為光波的荷載物以外,惠更斯也用以太來說明引力的現象。

牛頓雖然不同意胡克的光波動學說,但他也像笛卡兒一樣反對超距作用,並承認以太的存在。在他看來,以太不一定是單一的物質,因而能傳遞各種作用,如產生電、磁和引力等不同的現象。牛頓也認為以太可以傳播振動,但以太的振動不是光,因為當時光的波動學說還不能解釋光的偏振現象,也不能解釋光為什麼會直線傳播。

18世紀是以太論沒落的時期。由於法國笛卡兒主義者拒絕引力的平方反比定律,而使牛頓的追隨者起來反對笛卡兒哲學體系,因而連同他倡導的以太論也一同進入了反對之列。

隨著引力的平方反比定律在天體力學方面的成功,以及探尋以太得試驗並未獲得實際結果,使得超距作用觀點得以流行。光的波動說也被放棄了,微粒說得到廣泛的承認。到18世紀後期,證實了電荷之間(以及磁極之間)的作用力同樣是與距離平方成反比。於是電磁以太的概念亦被拋棄,超距作用的觀點在電學中也佔了主導地位。

19世紀,以太論獲得復興和發展,這首先還是從光學開始的,主要是托馬斯·楊和菲涅耳工作的結果。楊用光波的干涉解釋了牛頓環,並在實驗的啟示下,於1817年提出光波為橫波的新觀點,解決了波動說長期不能解釋光的偏振現象的困難。科學家們逐步發現光是一種波,而生活中的波大多需要傳播介質(如聲波的傳遞需要藉助於空氣,水波的傳播藉助於水等)。受傳統力學思想影響,於是他們便假想宇宙到處都存在著一種稱之為以太的物質,而正是這種物質在光的傳播中起到了介質的作用。
以太的假設事實上代表了傳統的觀點:電磁波的傳播需要一個「絕對靜止」的參照系,當參照系改變,光速也改變。
然而根據麥克斯韋方程組,電磁波的傳播不需要一個「絕對靜止」的參照系,因為該方程里兩個參數都是無方向的標量,所以在任何參照系裡光速都是不變的。

其中ε0是真空介電常數,μ0 是真空磁導率。
這個「絕對靜止系」就是「以太系」。其他慣性系的觀察者所測量到的光速,應該是"以太系"的光速,與這個觀察者在"以太系"上的速度之矢量和。
以太無所不在,沒有質量,絕對靜止。按照當時的猜想,以太充滿整個宇宙,電磁波可在其中傳播。假設太陽靜止在以太系中,由於地球在圍繞太陽公轉,相對於以太具有一個速度v,因此如果在地球上測量光速,在不同的方向上測得的數值應該是不同的,最大為c +v,最小為cv。如果太陽在以太繫上不是靜止的,地球上測量不同方向的光速,也應該有所不同。

菲涅耳用被動說成功地解釋了光的衍射現象,他提出的理論方法(現常稱為惠更斯-菲涅耳原理)能正確地計算出衍射圖樣,並能解釋光的直線傳播現象。菲涅耳又進一步解釋了光的雙折射,獲得很大成功。

1823年,他根據楊的光波為橫波的學說,和他自己在1818年提出的:透明物質中以太密度與其折射率二次方成正比的假定,在一定的邊界條件下,推出關於反射光和折射光振幅的著名公式,它很好地說明了布儒斯特數年前從實驗上測得的結果。

菲涅耳關於以太的一個重要理論工作是導出光在相對於以太參照系運動的透明物體中的速度公式。1818年他為了解釋阿拉果關於星光折射行為的實驗,在楊的想法基礎上提出:透明物質中以太的密度與該物質的折射率二次方成正比,他還假定當一個物體相對以太參照系運動時,其內部的以太只是超過真空的那一部分被物體帶動(以太部分曳引假說)。利用菲涅耳的理論,很容易就能得到運動物體內光的速度。

19世紀中期,曾進行了一些實驗,以求顯示地球相對以太參照系運動所引起的效應,並由此測定地球相對以太參照系的速度,但都得出否定的結果。這些實驗結果可從菲涅耳理論得到解釋,根據菲涅耳運動媒質中的光速公式,當實驗精度只達到一定的量級時,地球相對以太參照系的速度在這些實驗中不會表現出來,而當時的實驗都未達到此精度。

在楊和菲涅耳的工作之後,光的波動說就在物理學中確立了它的地位。隨後,以太在電磁學中也獲得了地位,這主要是由於法拉第和麥克斯韋的貢獻。

在法拉第心目中,作用是逐步傳過去的看法有著十分牢固的地位,他引入了力線來描述磁作用和電作用。在他看來,力線是現實的存在,空間被力線充滿著,而光和熱可能就是力線的橫振動。他曾提出用力線來代替以太,並認為物質原子可能就是聚集在某個點狀中心附近的力線場。他在1851年又寫道:「如果接受光以太的存在,那麼它可能是力線的荷載物。」但法拉第的觀點並未為當時的理論物理學家們所接受。

到19世紀60年代前期,麥克斯韋提出位移電流的概念,並在提出用一組微分方程來描述電磁場的普遍規律,這組方程以後被稱為麥克斯韋方程組。根據麥克斯韋方程組,可以推出電磁場的擾動以波的形式傳播,以及電磁波在空氣中的速度為每秒31萬公里,這與當時已知的空氣中的光速每秒31.5萬公里在實驗誤差范圍內是一致的。

麥克斯韋在指出電磁擾動的傳播與光傳播的相似之後寫道:「光就是產生電磁現象的媒質(指以太)的橫振動」。後來,赫茲用實驗方法證實了電磁波的存在。光的電磁理論成功地解釋了光波的性質,這樣以太不僅在電磁學中取得了地位,而且電磁以太同光以太也統一了起來。

麥克斯韋還設想用以太的力學運動來解釋電磁現象,他在1855年的論文中,把磁感應強度比做以太的速度。後來他接受了湯姆孫(即開爾文)的看法,改成磁場代表轉動而電場代表平動。

他認為,以太繞磁力線轉動形成一個個渦元,在相鄰的渦元之間有一層電荷粒子。他並假定,當這些粒子偏離它們的平衡位置即有一位移時,就會對渦元內物質產生一作用力引起渦元的變形,這就代表靜電現象。

關於電場同位移有某種對應,並不是完全新的想法,湯姆孫就曾把電場比作以太的位移。另外,法拉第在更早就提出,當絕緣物質放在電場中時,其中的電荷將發生位移。麥克斯韋與法拉第不同之處在於,他認為不論有無絕緣物質存在,只要有電場就有以太電荷粒子的位移,位移的大小與電場強度成正比。當電荷粒子的位移隨時間變化時,將形成電流,這就是他所謂的位移電流。對麥克斯韋來說,位移電流是真實的電流,而現在我們知道,只是其中的一部分(極化電流)才是真實的電流。

在這一時期還曾建立了其他一些以太模型,不過以太論也遇到一些問題。首先,若光波為橫波,則以太應為有彈性的固體媒質。那麼為何天體運行其中會不受阻力呢?有人提出了一種解釋:以太可能是一種像蠟或瀝青樣的塑性物質,對於光那樣快的振動,它具有足夠的彈性像是固體,而對於像天體那樣慢的運動則像流體。

另外,彈性媒質中除橫波外一般還應有縱波,但實驗卻表明沒有縱光波,如何消除以太的縱波,以及如何得出推導反射強度公式所需要的邊界條件是各種以太模型長期爭論的難題。

為了適應光學的需要,人們對以太假設一些非常的屬性,如1839年麥克可拉模型和柯西模型。再有,由於對不同的光頻率,折射率也不同,於是曳引系數對於不同頻率亦將不同。這樣,每種頻率的光將不得不有自己的以太等等。以太的這些似乎相互矛盾性質實在是超出了人們的理解能力。

1881年-1884年,阿爾伯特·邁克爾遜和愛德華·莫雷為測量地球和以太的相對速度,進行了著名的邁克爾遜-莫雷實驗。實驗結果顯示,不同方向上的光速沒有差異。這實際上證明了光速不變原理,即真空中光速在任何參照系下具有相同的數值,與參照系的相對速度無關,以太其實並不存在。後來又有許多實驗支持了上面的結論。
以太說曾經在一段歷史時期內在人們腦中根深蒂固,深刻地左右著物理學家的思想。著名物理學家洛倫茲推導出了符合電磁學協變條件的洛倫茲變換公式,但無法拋棄以太的觀點。

19世紀90年代,洛倫茲提出了新的概念,他把物質的電磁性質歸之於其中同原子相聯系的電子的效應。至於物質中的以太,則同真空中的以太在密度和彈性上都並無區別。他還假定,物體運動時並不帶動其中的以太運動。但是,由於物體中的電子隨物體運動時,不僅要受到電場的作用力,還要受到磁場的作用力,以及物體運動時其中將出現電介質運動電流,運動物質中的電磁波速度與靜止物質中的並不相同。

在考慮了上述效應後,洛倫茲同樣推出了菲涅耳關於運動物質中的光速公式,而菲涅耳理論所遇到的困難(不同頻率的光有不同的以太)已不存在。洛倫茲根據束縛電子的強迫振動,可推出折射率隨頻率的變化。洛倫茲的上述理論被稱為電子論,它獲得了很大成功。

19世紀末可以說是以太論的極盛時期。但是,在洛倫茲理論中,以太除了荷載電磁振動之外,不再有任何其他的運動和變化,這樣它幾乎已退化為某種抽象的標志。除了作為電磁波的荷載物和絕對參照系,它已失去所有其他具體生動的物理性質,這就又為它的衰落創造了條件。

如上所述,為了測出地球相對以太參照系的運動,實驗精度必須達到很高的量級。到19世紀80年代,麥克爾遜和莫雷所作的實驗第一次達到了這個精度,但得到的結果仍然是否定的,即地球相對以太不運動。此後其他的一些實驗亦得到同樣的結果,於是以太進一步失去了作為絕對參照系的性質。這一結果使得相對性原理得到普遍承認,並被推廣到整個物理學領域。

在19世紀末和20世紀初,雖然還進行了一些努力來拯救以太,但在狹義相對論確立以後,它終於被物理學家們所拋棄。人們接受了電磁場本身就是物質存在的一種形式的概念,而場可以在真空中以波的形式傳播。

量子力學的建立更加強了這種觀點,因為人們發現,物質的原子以及組成它們的電子、質子和中子等粒子的運動也具有波的屬性。波動性已成為物質運動的基本屬性的一個方面,那種僅僅把波動理解為某種媒介物質的力學振動的狹隘觀點已完全被沖破。

然而人們的認識仍在繼續發展。到20世紀中期以後,人們又逐漸認識到真空並非是絕對的空,那裡存在著不斷的漲落過程(虛粒子的產生以及隨後的湮沒)。這種真空漲落是相互作用著的場的一種量子效應。

今天,理論物理學家進一步發現,真空具有更復雜的性質。真空態代表場的基態,它是簡並的,實際的真空是這些簡並態中的某一特定狀態。目前粒子物理中所觀察到的許多對稱性的破壞,就是真空的這種特殊的「取向」所引起的。在這種觀點上建立的弱相互作用和電磁相互作用的電弱統一理論已獲得很大的成功。
但愛因斯坦則大膽拋棄了以太學說,認為光速不變是基本的原理,並以此為出發點之一創立了狹義相對論。雖然後來的事實證明確實不存在以太,不過以太假說仍然在我們的生活中留下了痕跡,如乙太網等。

這樣看來,機械的以太論雖然死亡了,但以太概念的某些精神(不存在超距作用,不存在絕對空虛意義上的真空)仍然活著,並具有旺盛的生命力。

我的以太
以太是一種可以被磁力控制的物質,整個宇宙都有。它會隨著磁場的運動而運動。之所以上述實驗沒有成功是否就是因為地球的以太給地球控制是運動的呢相對地球靜止。以太是一種象水一樣的東西。它只作用與磁力。只有磁力可以改變他的動方法。在磁力的速度不高時,以太隨著磁力運動。當速度達到一定時就會使以太產生剛性物質的速動。通過樣的特性,我想可以解釋現在的一些現像了吧。過去的人們把以太的很多特性說得很對。有一個不對的就是以太是靜止的。

以太這個詞在電影《關於莉莉周的一切》裡面,被賦予新的定義

1.古 希臘 哲學家首先設想出來的一種媒質。十七世紀後,物理學家為解釋光的傳播以及電磁和引力相互作用而又重新提出。當時認為光是一種機械的彈性波,但由於它可以通過真空傳播,因此必須假設存在一種尚未為實驗發現的以太作為傳播光的媒質。這種媒質是無所不在的,沒有質量的,而且是「絕對靜止」的,電磁和引力作用則是它的特殊機械作用。以太這一概念到十九世紀曾為人們所普遍接受,但科學家始終無法通過實驗來證明它的存在。到了二十世紀初,隨著相對論的建立和對場的進一步研究,確定光的傳播和一切相互作用的傳遞都通過各種場,而不是通過機械媒質,以太才作為一個陳舊的概念而被拋棄。
2.近代 康有為 、 譚嗣同 、 孫中山 等使用的哲學名詞,是物理學名詞的借用。 康有為 在《孟子微》中把以太與「仁」、「不忍人之心」等道德觀念等同起來。 譚嗣同 在《仁學》、《以太說》中既把以太說成宇宙間無所不在的無色、無聲、無臭的物質,但同時又作了種種精神性的解釋,把 孔子 的「仁」、「元」、「性」, 墨家 的「兼愛」,佛家的「慈悲」,基督的「靈魂」等,都看作是以太的作用。 孫中山 則在《孫文學說》中把以太看作物質世界的本源,認為它「動而生電子,電子凝而成元素,元素合而成物質,物質聚而成地球」,並不具有精神性質。

❷ 以太是什麼意思

以太是古希臘哲學家亞里士多德所設想的一種物質。是物理學史上一種假想的物質觀念,其內涵隨物理學發展而演變。「以太」一詞是英文Ether或Aether的音譯。古希臘人以其泛指青天或上層大氣。在亞里士多德看來,物質元素除了水、火、氣、土之外,還有一種居於天空上層的以太。在科學史上,它起初帶有一種神秘色彩。後來人們逐漸增加其內涵,使它成為某些歷史時期物理學家賴以思考的假想物質。

❸ 以太是什麼意思

以太是一種假想的物質,後來被證實不存在。

以太是一個物理學歷史上的名詞,它的涵義也隨著歷史的發展而發展。

在古希臘,以太指的是青天或上層大氣。在宇宙學中,用以太來表示占據天體空間的物質。17世紀的笛卡兒最先將以太引入科學,並賦予它某種力學性質。

後來,以太又作為光波的荷載物同光的波動學說聯系起來。隨後,以太在電磁學中也獲得了地位,而且電磁以太同光以太也統一了起來。

19世紀90年代,洛倫茲把物質的電磁性質歸之於其中同原子相聯系的電子的效應,之後以太論就開始漸漸的衰落了。

現在,機械的以太論雖然死亡了,但以太概念的某些精神 仍然活著,比如不存在超距作用,不存在絕對空虛意義上的真空等,並顯示出旺盛的生命力。

❹ 什麼是以太

以太是一個物理學歷史上的名詞,它的涵義也隨著歷史的發展而發展。

在古希臘,以太指的是青天或上層大氣。在宇宙學中,用以太來表示占據天體空間的物質。17世紀的笛卡兒最先將以太引入科學,並賦予它某種力學性質。

後來,以太又作為光波的荷載物同光的波動學說聯系起來。隨後,以太在電磁學中也獲得了地位,而且電磁以太同光以太也統一了起來。

19世紀90年代,洛倫茲把物質的電磁性質歸之於其中同原子相聯系的電子的效應,之後以太論就開始漸漸的衰落了。

現在,機械的以太論雖然死亡了,但以太概念的某些精神 仍然活著,比如不存在超距作用,不存在絕對空虛意義上的真空等,並顯示出旺盛的生命力。

❺ 從前科學中有"以太說",以太是什麼

以太(Ether)是古希臘哲學家亞里士多德所設想的一種物質。是物理學史上一種假想的物質觀念,其內涵隨物理學發展而演變。

古希臘人以其泛指青天或上層大氣。在亞里士多德看來,物質元素除了水、火、氣、土之外,還有一種居於天空上層的以太。在科學史上,它起初帶有一種神秘色彩。後來人們逐漸增加其內涵,使它成為某些歷史時期物理學家賴以思考的假想物質。19世紀的物理學家,認為它是一種曾被假想的電磁波的傳播媒質。但後來的實驗和理論表明,如果假定「以太」的不存在,很多物理現象可以有更為簡單的解釋。




❻ 請問以太是什麼概念

以太(ether)是一種曾被假想的電磁波的傳播媒質,但後來被證實並不存在。

19世紀,科學家們逐步發現光是一種波,而生活中的波大多需要傳播介質(如聲波的傳遞需要藉助於空氣,水波的傳播藉助於水等)。受傳統力學思想影響,於是他們便假想宇宙到處都存在著一種稱之為以太的物質,而正是這種物質在光的傳播中起到了介質的作用。

根據麥克斯韋方程組,電磁波的傳播需要一個「絕對」的參照系,只有在這個參照系中,光速才具有麥克斯韋方程組所預言的值c=\frac{1}{\sqrt{\varepsilon_0\mu_0}}。其中\varepsilon_0是真空介電常數,μ0是真空磁導率。這個「絕對參照系」就是以太。而其他參照系中測量到的光速應該是這個「絕對」參照系中的光速與這個「絕對」參照系相對於觀察者的速度的矢量和。

按照當時的猜想,以太充滿整個宇宙,電磁波可在其中傳播。地球在圍繞太陽公轉,相對於以太具有一個速度v,因此如果在地球上測量光速,在不同的方向上測得的數值應該是不同的,最大為c+v,最小為c-v(此時存在假設以太相對太陽參考系是靜止的。但即使以太相對太陽參考系不是靜止的,在不同的方向上測得的數值也應該是不同的)。但是1881年-1884年,阿爾伯特·邁克爾遜(Albert Michelson)和愛德華·莫雷(Edward Morley)為測量地球和以太的相對速度,進行了著名的邁克爾遜—莫雷實驗,測量了不同方向上的光速。然而實驗結果顯示,並不存在這個速度差異。這實際上證明了光速不變原理,即真空中光速在任何參照系下具有相同的數值,與參照系的相對速度無關,以太其實並不存在。後來又有許多實驗支持了上面的結論。

以太說曾經在一段歷史時期內在人們腦中根深蒂固,深刻地左右著物理學家的思想。著名物理學家洛倫茲推導出了符合電磁學協變條件的洛倫茲變換公式,但無法拋棄以太的觀點。愛因斯坦則大膽拋棄了以太學說,認為光速不變是基本的原理,並以此為出發點之一創立了狹義相對論。雖然後來的事實證明確實不存在以太,不過以太假說仍然在我們的生活中留下了痕跡,如乙太網(Ethernet)等。

❼ 請問以太是什麼(要詳細解答)

以太是相對論出來前,科學家假想的一種物質。

在相對論之前,還沒有光速不變性。這樣在不同慣性系中參考系的選擇就在當時成為了一個頭痛的問題。為此,科學家引入以太這個概念。

科學家認為,以太是在任何空間(包括真空)中都存在的一種物質。其質量為0,在宇宙中永遠靜止。這樣,科學家就可以把以太作為一個靜止的參考量來研究宇宙。

但愛因斯坦相對論出來後,由於光速不變性的存在,變成了世界上沒有絕對靜止的參考量,以太就被推翻了。

在一些科幻類的文章或電影中可能還能看到這個詞,但不要被迷惑了。

❽ 以太是什麼東東

「以太」是經典力學中曾經站統治地位幾百年的一個觀點和基石,後來被證明其存在的實驗的反向結論而被戲劇性地否定。

以太是一個歷史上的名詞,它的涵義也隨著歷史的發展而發展。
在古希臘,以太指的是青天或上層大氣。在宇宙學中,有時又用以太來表示占據天體空間的物質。17世紀的R.迪卡兒是一個對科學思想的發展有重大影響的哲學家。他最先將以太引入科學,並賦予他某種力學性質。在迪卡兒看來,物體之間的所有作用力都必須通過某種中間媒介物質來傳遞,不存在任何超距作用。因此,空間不可能是空無所有的,它被以太這種媒介物質所充滿。

17世紀的迪卡兒(1596年3月31日—1650年2月11日)認為:物質由微粒構成,物質微粒是唯一的實體,物質的本性是其空間廣延性,機械運動即位置變動是物質唯一的運動形式。一切自然現象,一切物質性質(包括色、香、硬度、熱等)都是由於物質粒子的機械相互作用產生的。有了物質(空間)和(機械)運動,就能按照物質運動本身的自然規律構造出全部世界,無須上帝照管。這類機械論的自然觀以後曾統治自然科學兩個多世紀。他又認為物質充滿空間,即不存在真空(要說有一個絕對無物體的虛空或空間,那是反乎理性的),物質可以無限分割(宇宙中並不可能有天然不可分的原子或物質部分),空間是無限的(世界的廣袤是無限定的),並且肯定物質世界的統一性與多樣性(天上和地下的物質都是一樣的,而且世界不是多元的」,「物質的全部花樣或其形式的多樣性,都依靠於運動)。因此恩格斯在《反杜林論》中稱贊笛卡兒是辯證法的卓越代表人物之一。迪卡兒的方法論對於後來物理學的發展有重要的影響。

笛卡兒把他的機械論觀點應用到天體,形成了他關於宇宙發生與構造的學說。他認為,從發展的觀點來看而不只是從己有的形態來觀察,對事物更易於理解。他用以太旋渦模型(如圖示),第一次依靠力學而不是神學解釋了天體、太陽、行星、衛星、慧星等的形成過程。他認為天體的運動來源於慣性(沿軌道切向)和某種宇宙物質,以太旋渦對天體的壓力,在各種大小不同的旋渦的中心必有某一天體(如太陽),以這種假說來解釋天體間的相互作用。

迪卡兒的天體演化說、旋渦模型和近距作用觀點,正如他的整個思想體系一樣,一方面以豐富的物理思想和嚴密的科學方法為特色,起著反對經院哲學、啟發科學思維、推動當時自然科學前進的作用,對許多自然科學家的思想產生深遠的影響。而另一方面又經常停留在直觀和定性階段,不是從定量的實驗事實出發,因而一些 具體結論往往有很多缺陷,成為後來牛頓物理學的主要對立面,導致了廣泛的爭論。

盡管如此,作為自然科學家和哲學家,「迪卡兒」的唯物論已成為真正的自然科學的財富。

今天,當我們以物質的「物與磁」的統一場觀點來認識整個宇宙體系之際,顯然,可以清晰地發現,迪卡兒以太觀中一個最大的忽略之處,是在於把以太與天體以及物質的微觀粒子之間相互脫離。如果迪卡兒當時把以太與天體以及微觀粒子緊密結合、並一體化思維的話,人類的科技進步必將少走許多彎路,科技水準必將早已遠遠超越今天的狀態。

牛頓,1643年1月4日誕生於英格蘭林肯郡鄉村。 1686年,發表了他根據據J.開普勒行星運動定律得到的萬有引力定律,並用以說明了月球和行星的運動以及潮汐現象,這是一項偉大的發現。看起來,牛頓的引力定律似乎支持超距作用觀點,但是牛頓本人並不贊成超距作用解釋。他在給R.本特利的一封著名的信中寫道:「很難想像沒有別種無形的媒介,無生命無感覺的物質可以毋須相互接觸而對其他物質起作用和產生影響。……引力對於物質是天賦的、固有的和根本的,因此,沒有其他東西的媒介,一個物體可超越距離通過真空對另一物體作用,並憑借和 通過它,作用力可從一個物體傳遞到另一個物體,在我看來,這種思想荒唐之極,我相信從來沒有一個在哲學問題上具有充分思考能力的人會沉迷其中。」 牛頓本人倒是傾向於以太觀點的,他在給R.玻意耳的信中私下表示相信,最終一定能夠找到某種物質作用來說明引力。但是地對於以太的具體設想與當時頗有影響的R.迪卡兒觀點只是在細節上有所不同。

眾所周知,牛頓在理解光的本質上持微粒說。但他在同胡克、惠更斯等討論光的本質時,說光具有這種或那種本能激發以太的振動。這意味著以太是光振動的媒質。於此,似乎牛頓對光的雙重性有所理解。其實不然,他對以太媒質之存在極似空氣之無所不在,只是遠為稀薄、微細而具有強有力的彈性。他又重申說,就是由於以太的動物氣質才使肌肉收縮和伸長,動物得以運動。他又進一步以以太來解釋光的反射與折射,透明與不透明,以及顏色的產生(包括牛頓環)。他甚至於設想地球的引力是由於有如以太氣質不斷凝聚使然。《原理》第二編第六章詮釋的結尾說,從記憶中他曾做實驗傾向於以太充斥於所有物體的空隙之中的說法,雖然以太對於引力沒有覺察的影響。

14、15世紀以來歐洲的學者對以太著了迷,以太學說風靡一時。後來,科學巨匠迪卡兒對以太的存在深信不疑。他認為行星之運行可以以太旋渦來解釋。以太學說成為一時哲學思潮。尊重實驗的牛頓也不免捲入這股哲學思潮中去,傾向於它存在。當時人們對超距作用看法不一。牛頓曾經提出他的引力相互作用定理,並不認為是最終的解釋,而只是從實驗中歸納出來的一條規則。因此,牛頓並未就引力本質作出結論。

可是,《原理》第二編最後文字中牛頓澄清了旋渦假設與天體運動無關。

顯然,牛頓同迪卡兒一樣,也沒有把物質與以太統一一體而思維。因此,留下了「引力相互作用定理,並不認為是最終的解釋,且未就引力本質作出結論」的遺憾。今天,我們從物質的「物、磁」二重性的原理,顯然是可以歸納出以太與宇宙及物質的根本聯系性極其特徵的,進而對整個宇宙自然有一個更加深刻與本質的認識。

以太觀認為,以太雖然不能為人的感官所感覺,但卻能傳遞力的作用,如 磁力和月球對潮汐的作用力。 後來,以太又在很大程度上作為光波的荷載物同光的波動學說相聯系。光的波動說是由R.胡克首先提出的並為C.惠更斯所進一步發展。在相當長的時期內(直到20 世紀初),人們對波的理解只局限於某種媒介物質的力學振動。這種媒介物質就稱為波的荷載物,如空氣就是聲波的荷載物。由於 光可以在真空中傳播,因此惠更斯提出,荷載光波的媒介物質(以太)應該充滿包括真空在內的全部空間,並能滲透到通常的物質之中。除了作為光波的荷載物以外,惠更斯也用以太來說明引力的現象 。

牛頓雖然不同意胡克的光波動學說,但他也像笛卡兒一樣反對超距作用並承認以太的存在。在他看來 以太不一定是單一的物質,因而能傳遞各種作用,如產生電、磁和引力等不同的現象。牛 頓也 認為以太可以傳播振動,但以太的振動不是光,因為光的波動學說(當時人們還不知道橫波,光波被認為是和聲波一樣的縱波)不能解釋現在稱為光的偏振現象,也不能解釋光的直線傳播現象。

18世紀是以太論沒落的時期。由於法國迪卡兒主義拒絕引力的平方反比定律而使牛頓的追隨者起來反對迪卡兒哲學體系,連同他倡導的以太論也在被反對之列。隨著引力的平方反比定律在天體力學方面的成功以及探尋以太未獲實際結果,使得超距作用觀點得以流行。光的波動說也被放棄了,微粒說得到廣泛的承認。到18世紀後期,證實了電荷之間(以及磁極之間)的作用力同樣是與距離平方成反比。於是電磁以太的概念亦被拋棄,超距作用的觀點在電學中也佔了主導地位。

19世紀,以太論獲得復興和發展,首先是從光學開始的,這主要是T.楊和A.J.菲涅耳工作的結果。楊用光波的干涉解釋了牛頓環,並在實驗的啟示下於1817年提出光波為橫渡的新觀點(當時對彈性體中的橫波還沒有進行過研究),解決了波動說長期不能解釋光的偏振現象的困難。可見,以太觀的復興和發展,對促進科技進步是有利的。

菲涅耳用波動說成功地解釋了光的衍射現象,他提出的理論方法(現常稱為惠更斯——菲涅耳原理)能正確地計算出衍射圖樣,並能解釋光的直線傳播現象。菲涅耳進一步解釋了光的雙折射,獲得很大成功。1823年,他根據楊的光波為橫渡的學說和他自己1818年提出的透明物質中以太密度與其折射率二次方成正比的假定,在一定的邊界條件下,推出關於反射光和折射光振幅的著名 公式,它很好地說明了D.布德斯特數年前從實驗上測得的結果。

菲涅耳關於以太的一個重要理論工作是導出光在相對於以太參照系運動的透明物體中的速度公式。1818年,他為了解釋阿喇戈關於星光折射行為的實驗,在楊的想法基礎上提出:透明物質中以太的密度與該物質的折射率二次方成正比,他還假定當一個物體相對以太參照系運動時,其內部的以太只是超過真空的那一部分被物體帶動(以太部分曳引假說)。由此即可得出物體中以太的平均速公式:(1-1/nn)v ,其中 v 為物體的速度。

利用以上結果不難推得:在以太參照系中,運動物體內光的速為(准到v/c的一次方),u=c/n =(朴-1/nn)vcoso ,其中 o為u與v之間的夾角。上式稱為菲涅耳運動媒介光速公式。它為以後的斐索實 驗所證實。

19世紀中期曾進行了一些實驗以顯示地球相對以太參照系運動所引起的效應,並由此測定地球相對以太參照系的速度v,但都得出否定的結果。這些實驗結果可從上述菲涅耳理論得到解釋。根據菲涅耳運動媒質中的光速公式,當實驗精度只達到v/c量級時,地球相對以太參照系的速度在這些實驗中不會表現出來。要測出v,精度至少要達到vv/cc的量級(估計 vv/cc=10**-8),而當時的實驗都未達到此精度。

楊和 菲涅耳的工作之後,光的波動說就在物理學中確立了它的地位。不過以太論也遇到一些問題。首先,若光波為橫波則以太應為有彈性的固體媒質。這樣,對為何天體運行其中會不受阻力的問題,有人提出了一種解釋:以太可能是一種像蠟或瀝青樣的塑性物質,對於光那樣快的振動,它具有足夠的彈性像是固體,而對於像天體那樣慢的運動則像流體。另外彈性媒質中除橫波外一般還應有縱波,但實驗卻表明沒有縱光波,如何消除以太的縱波以及如何得出推導反射強度公式所需要的邊界條件是各種以太模型長期爭論的難題。光學對以太性質所提出的要求似乎很難同通常的彈性力學相符合。為了適應光學的需要,人們要對以太假設一些非常的屬性,如1839年麥克可拉模型和阿西模型。再如,由於對不同的光頻率,折射率 n 的值也不同,於是曳引系數對於不同頻率亦將不同。這樣,每種頻率的光將不得不有自己的以太等等。

隨後,以太在電磁學中也獲得了地位,這主要是由於m.法拉第和j.c.麥克斯韋的貢獻。 在法拉第心目中,作用是逐步傳過去的看法有著十分牢固的地位。他引入了力線來描述磁作用和電作用,在他看來,力線是現實的存在,空間被力線充滿著,而光和熱可能就是力線的橫振動。他曾提出用力線來代替以太並認為物質原子可能就是聚集在某個點狀中心附近的力線場。他在1851年又寫道:如果接受光以太的存在,那麼它可能是力線的荷載物。」但法拉第的觀點並未為當時的理論物理學家們所接受。

到19世紀60年代前期,麥克斯韋提出位移電流的概念,並在前人工作的基礎上提出用一組微分方程來描述電磁場的普遍規律。這組方程以後被稱為麥克斯韋方程組。根據麥克斯韋方程組,可以推出電磁場的擾動以波的形式傳播,以及電磁波在空氣中的速度為3.1*10**8 米/秒,與當時己知的空氣中的光速3.15*10**8米/秒,在 實驗誤差范圍內是一致的。麥克斯韋在指出電磁擾動的傳播與光傳播的相似之後寫道:光就是產生電磁現象的媒質(指以太 ) 的橫振動。」 後來,H.R.赫茲用實驗方法證實了電磁波的存在(1888年)。光的電磁理論成功地解釋了光波的性質,這樣以太不僅在電磁學中取得了地位,而且電磁以太同光以太也統一了起來。

麥克斯韋還設想用以太的力學運動來解釋電磁現象,他在1855年的論文中,把磁感應強度B比做以太的速度。後來(1861年——1862年)他接受了W.湯姆孫(即開爾文)的看法,改成磁場代表轉動而電場代表平動。他 認為以太繞磁力線轉動形成一個個渦元,在相鄰的渦元之間有一層電荷粒子。他並假定,當這些粒子偏離它們的平衡位置即有一位移時,就會對渦元內物質產生一作用力引起渦元的變形,這就代表靜電現象。

關於電場同位移有某種對應,並不是完全新的想法。w. 湯姆孫就曾把電場比作以太的位移。另外,法拉第在更早(1838年)就 提出,當絕緣物質放在電場中時,其中的電荷將發生位移。麥克斯韋與法拉第不同之處在於,他認為不論有無絕緣物質存在,只要有電場就有以太電荷粒子的位移,位移D的大小與電場強度E成正比。當電荷粒Z的位移隨時間變化時,將形成電流。這就是他所謂電流)才是真實的電流。

在這一時期還曾建立了其它一些以太模型。盡管麥克斯韋在電磁理論上取得了很大進展,但他以及後來的赫茲等人把電磁理論推廣到運動物質上的意圖卻未獲成功。

19世紀90年代H.A.洛倫茲提出了新的概念。他把物質的電磁性質歸之於其中同原子相聯系的電子的效應,至於 物質中的以太則同真空中的以太在密度和彈性上都並無區別。他還假定,物體運動時並不帶動其中的以太運動。但是,由於物體中的電子隨物體運動時,不僅要受到電場的作用力,還要受到磁場的作用力以及物體運動時其中將出現電介質運動電流,運動物質中的電磁波速度與靜止物質中的並不相同。在考慮了上述效應後,他同樣推出了菲涅耳關於運動物質中的光速公式。而菲涅耳理論所遇到的困難(不同頻率的光有不同的以太)現己不存在。洛倫茲根據束縛電子的強追振動並可推出折射率隨頻率的變化。洛倫茲的上述理論被稱為電子論,他獲得了很大成功。

19世紀末可以說是以太論的極盛時期,但是,在洛倫茲理論中,以太除了荷載電磁振動之外,不再有任何其他的運動和變化。這樣它幾乎己退化為某種抽象的標志。除了作為電磁波的荷載物和絕對參照系,它己失去了所有其他具體生動的物理性質。這就又為它的衰落創造了條件。

為了測出地球相對以太參照系的運動,如上所述,實驗精度必須達到vv/cc量級。到19世紀80年代,A.A.邁克耳孫和E.W.莫雷所作的實驗第一次達到了這個精度,但得到的結果仍然是否定的(即地球相對以太不運動)。此後其他的一些實驗亦得到同樣的結果。於是以太進一步失去了它作為絕對參照系的性質。這一結果使得相對性原理得到普遍承認,並被推廣到整個物理學領域 。

在19世紀末和20世紀初,雖然還進行了一些努力來拯救以太,但在狹義相對論確立以後,它終於被物理學家們所拋棄。人們接受了電磁場本身就是物質存在的一種形式的概念,而場可以在真空中以波的形式傳播。 量子力學的建立更加強了這種現點,因為人們發現物質的原子以及組成它們的電子、質子和中子等粒子的運動也具有波的屬性。波動性己成為物質運動的基本屬性的一個方面。那種僅僅把波動理解為某種媒介物質的力學振動的狹隘觀點己完全被沖破。

然而人們的認識仍在繼續發展。到20世紀中期以後,人們又逐漸認識到真空並非是絕對的空,那裡存在著不斷的漲落過程(虛粒子的產生以及隨後的湮沒)這種真空漲落是相互作用著的場的一種量子效應。今天,理論物理學家進一步發現,真空具有更復雜的性質。真空態代表場的基態,它是簡並的,實際的真空是這些簡並態中的某一特定狀態。目前粒子物理中所觀察到的許多對稱性的破壞是真空的這種特殊「取向」所引起的。在這種觀點上建立的弱相互作用和電磁相互作用的電弱統一 理論己獲得很大的成功。

這樣看來,機械以太雖然死亡了,但以太的某些精神(不存在超距作用,不存在絕對空虛意義上的真空)仍然活著,並具有旺盛的生命力。

總之,以太論從14世紀誕生後,經過了三個世紀的發展壯大、衰落、到17世紀的滅亡,到18世紀的復甦、再發展、再壯大、再衰落,至直19世紀初的徹底失敗的歷史進程,乃至當今21世紀初的可能的、甚至是必然的重新復活。可見,以太的發展道路,是人類科技道路上的曲曲折折的進步歷程。是人類對大自然認識水平提高與完善的光輝歷程。因此,以太論的復甦,是人類認識自然大千世界的新的希望與新的曙光。

19世紀末,在光的電磁理論的發展過程中,有人認為宇宙間充滿一種叫做「以太」的介質,光是靠以太來傳播的,而且把這種「以太」選作絕對靜止的參考系,凡是相對於這個絕對參考系的運動叫做絕對運動,以區別於對其他參考系的相對運動。經典電磁理論只有在相對於以太為靜止的慣性系中才能成立。根據這個觀點,當時物理學家設計了各種實驗去尋找以太參考系。其中,1887年,邁克耳孫(A.A.Michelson)和莫雷(E.W.Morley)的實驗特別有名。根據他們的設想,如果存在以太,而且以太又完全不為地球運動所帶動,那麼,地球對於以太的運動速度就是地球的絕對速度。利用地球的絕對運動的速度和光速在方向上的不同,應該在所設計的邁克耳孫干涉儀實驗中得到某種預期的結果,從而求得地球相對於以太的絕對速度。

邁克耳孫和莫雷在不同地理條件、不同季節條件下多次進行實驗,卻始終看不到干涉條紋的移動。出乎意料的是原本為驗證以太參考系而進行的實驗,卻無意中提出了否定以太參考系的證據,並被整個物理學領域接受而至今。狹義相對論正是在這種條件下破土而出的。

可是,由於光具有波粒二相性,是一個個非常非常微小的能量個體,不僅僅是直線傳播(運行),而是具有波動特性的螺旋運動軌跡。盡管光波是電磁波的一種類型,但是,光波並不像大多數電磁波一樣做球形擴張式傳播。因此,光粒子不是靠以太來傳播的,它猶如出鏜的子彈,單方向直線(螺旋線)運行,只需啟動能量,不需介質的傳播,更不能簡單地等同於聲波的機械能量在其介質中的連續的球形擴張式傳遞。同時,把「以太」選作絕對靜止的參考系,是一種主觀片面性。因為,以太憑什麼要絕對靜止呢?如果「以太」不是絕對靜止的物質體系,而恰恰是一個與星系的運動相關的,或者是同步的、廣密的物質體系,那麼,19世紀末之前,人們卻正好把「以太」作為絕對靜止的參考系來看待,因此則必然導致錯誤的結論和錯誤的理論體系!如果分布在地球表面的以太,是與地球運行速度(公轉與自轉)既同向又同步的話,如同「論統一場」所描述的那樣。那麼,1887年,邁克耳孫(A.A.Michelson)和莫雷(E.W.Morley)所做的證明以太存在的光干涉實驗,事實上應該是充分地證明了以太肯定存在的科學結論。也即,實驗肯定無誤,是「以太絕對靜止」這個假定的前提有誤,因而導致了歷史性的、截然不同的科學結論!!!

顯而易見,邁克耳孫和莫雷的為驗證以太參考系而進行的光干涉實驗,因為其假定的前提條件的不完全充分性,因此不能作為否定以太參考系的證據,哪怕是已經被世界物理學界、科技界認可了一百多年。由此可見,否定以太的實驗結論是一個歷史的失誤或錯覺。

進一步地,當以太確實存在,而且不是絕對靜止不動的以太,那麼,僅僅建立在坐標變換條件下的愛因斯坦相對論,則自然只是數學上的變換而已,並不一定具有確切的物理意義。況且,相對論並沒有從具體的物理意義上破譯引力場這種特殊物質的物質性質和具體的引力傳遞與作用機制,僅僅只是一種數學上的描述而已。一個不能直接揭示其物理意義和物質本質的數學描述形式,盡管是所謂的十分精確,但是,它顯然在對物質本質的深刻認識與系統全面地破譯方面,仍然存在一定差距,甚至是相當的差距。因此,愛因斯坦自己也非常追求理論上的簡潔性,並對統一場理論持續了幾十年的探尋不已,且直至終生。當他對統一場無能為力之際,也極大地寄希望於後來人。

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