以太

　　以太（Ether）（或譯乙太；英語(yǔ)：ether或aether）是古希臘哲學(xué)家所設(shè)想的一種物質(zhì)，是一種曾被假想的電磁波的傳播媒質(zhì)，但后來(lái)被證實(shí)并不存在。
　　在古希臘，以太指的是青天或上層大氣。在宇宙學(xué)中，有時(shí)又用以太來(lái)表示占據(jù)天體空間的物質(zhì)。17世紀(jì)的笛卡兒是一個(gè)對(duì)科學(xué)思想的發(fā)展有重大影響的哲學(xué)家，他最先將以太引入科學(xué)，并賦予它某種力學(xué)性質(zhì)。
　　在笛卡兒看來(lái)，物體之間的所有作用力都必須通過(guò)某種中間媒介物質(zhì)來(lái)傳遞，不存在任何超距作用。因此，空間不可能是空無(wú)所有的，它被以太這種媒介物質(zhì)所充滿。以太雖然不能為人的感官所感覺(jué)，但卻能傳遞力的作用，如磁力和月球?qū)Τ毕�的作用力�?BR> 　　后來(lái)，以太又在很大程度上作為光波的荷載物同光的波動(dòng)學(xué)說(shuō)相聯(lián)系。光的波動(dòng)說(shuō)是由胡克首先提出的，并為惠更斯所進(jìn)一步發(fā)展。在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)(直到20世紀(jì)初)，人們對(duì)波的理解只局限于某種媒介物質(zhì)的力學(xué)振動(dòng)。這種媒介物質(zhì)就稱為波的荷載物，如空氣就是聲波的荷載物。
　　由于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(zhì)(以太)應(yīng)該充滿包括真空在內(nèi)的全部空間，并能滲透到通常的物質(zhì)之中。除了作為光波的荷載物以外，惠更斯也用以太來(lái)說(shuō)明引力的現(xiàn)象。
　　牛頓雖然不同意胡克的光波動(dòng)學(xué)說(shuō)，但他也像笛卡兒一樣反對(duì)超距作用，并承認(rèn)以太的存在。在他看來(lái)，以太不一定是單一的物質(zhì)，因而能傳遞各種作用，如產(chǎn)生電、磁和引力等不同的現(xiàn)象。牛頓也認(rèn)為以太可以傳播振動(dòng)，但以太的振動(dòng)不是光，因?yàn)楫?dāng)時(shí)光的波動(dòng)學(xué)說(shuō)還不能解釋光的偏振現(xiàn)象，也不能解釋光為什么會(huì)直線傳播。
　　18世紀(jì)是以太論沒(méi)落的時(shí)期。由于法國(guó)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(lái)反對(duì)笛卡兒哲學(xué)體系，因而連同他倡導(dǎo)的以太論也一同進(jìn)入了反對(duì)之列。
　　隨著引力的平方反比定律在天體力學(xué)方面的成功，以及探尋以太得試驗(yàn)并未獲得實(shí)際結(jié)果，使得超距作用觀點(diǎn)得以流行。光的波動(dòng)說(shuō)也被放棄了，微粒說(shuō)得到廣泛的承認(rèn)。到18世紀(jì)后期，證實(shí)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。于是電磁以太的概念亦被拋棄，超距作用的觀點(diǎn)在電學(xué)中也占了主導(dǎo)地位。
　　19世紀(jì)，以太論獲得復(fù)興和發(fā)展，這首先還是從光學(xué)開(kāi)始的，主要是托馬斯·楊和菲涅耳工作的結(jié)果。楊用光波的干涉解釋了牛頓環(huán)，并在實(shí)驗(yàn)的啟示下，于1817年提出光波為橫波的新觀點(diǎn)，解決了波動(dòng)說(shuō)長(zhǎng)期不能解釋光的偏振現(xiàn)象的困難�？茖W(xué)家們逐步發(fā)現(xiàn)光是一種波，而生活中的波大多需要傳播介質(zhì)（如聲波的傳遞需要借助于空氣，水波的傳播借助于水等）。受傳統(tǒng)力學(xué)思想影響，于是他們便假想宇宙到處都存在著一種稱之為以太的物質(zhì)，而正是這種物質(zhì)在光的傳播中起到了介質(zhì)的作用。
　　以太的假設(shè)事實(shí)上代表了傳統(tǒng)的觀點(diǎn)：電磁波的傳播需要一個(gè)“絕對(duì)靜止”的參照系，當(dāng)參照系改變，光速也改變。
　　然而根據(jù)麥克斯韋方程組，電磁波的傳播不需要一個(gè)“絕對(duì)靜止”的參照系，因?yàn)樵摲匠汤飪蓚�(gè)參數(shù)都是無(wú)方向的標(biāo)量，所以在任何參照系里光速都是不變的。
　　
　　其中ε0是真空介電常數(shù)，μ0 是真空磁導(dǎo)率。
　　這個(gè)“絕對(duì)靜止系”就是「以太系」。其他慣性系的觀察者所測(cè)量到的光速，應(yīng)該是"以太系"的光速，與這個(gè)觀察者在"以太系"上的速度之矢量和。
　　以太無(wú)所不在，沒(méi)有質(zhì)量，絕對(duì)靜止。按照當(dāng)時(shí)的猜想，以太充滿整個(gè)宇宙，電磁波可在其中傳播。假設(shè)太陽(yáng)靜止在以太系中，由于地球在圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，相對(duì)于以太具有一個(gè)速度v，因此如果在地球上測(cè)量光速，在不同的方向上測(cè)得的數(shù)值應(yīng)該是不同的，最大為c +v，最小為cv。如果太陽(yáng)在以太系上不是靜止的，地球上測(cè)量不同方向的光速，也應(yīng)該有所不同。
　　菲涅耳用被動(dòng)說(shuō)成功地解釋了光的衍射現(xiàn)象，他提出的理論方法(現(xiàn)常稱為惠更斯-菲涅耳原理)能正確地計(jì)算出衍射圖樣，并能解釋光的直線傳播現(xiàn)象。菲涅耳又進(jìn)一步解釋了光的雙折射，獲得很大成功。
　　1823年，他根據(jù)楊的光波為橫波的學(xué)說(shuō)，和他自己在1818年提出的：透明物質(zhì)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(guān)于反射光和折射光振幅的著名公式，它很好地說(shuō)明了布儒斯特?cái)?shù)年前從實(shí)驗(yàn)上測(cè)得的結(jié)果。
　　菲涅耳關(guān)于以太的一個(gè)重要理論工作是導(dǎo)出光在相對(duì)于以太參照系運(yùn)動(dòng)的透明物體中的速度公式。1818年他為了解釋阿拉果關(guān)于星光折射行為的實(shí)驗(yàn)，在楊的想法基礎(chǔ)上提出：透明物質(zhì)中以太的密度與該物質(zhì)的折射率二次方成正比，他還假定當(dāng)一個(gè)物體相對(duì)以太參照系運(yùn)動(dòng)時(shí)，其內(nèi)部的以太只是超過(guò)真空的那一部分被物體帶動(dòng)(以太部分曳引假說(shuō))。利用菲涅耳的理論，很容易就能得到運(yùn)動(dòng)物體內(nèi)光的速度。
　　19世紀(jì)中期，曾進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)，以求顯示地球相對(duì)以太參照系運(yùn)動(dòng)所引起的效應(yīng)，并由此測(cè)定地球相對(duì)以太參照系的速度，但都得出否定的結(jié)果。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果可從菲涅耳理論得到解釋，根據(jù)菲涅耳運(yùn)動(dòng)媒質(zhì)中的光速公式，當(dāng)實(shí)驗(yàn)精度只達(dá)到一定的量級(jí)時(shí)，地球相對(duì)以太參照系的速度在這些實(shí)驗(yàn)中不會(huì)表現(xiàn)出來(lái)，而當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)都未達(dá)到此精度。
　　在楊和菲涅耳的工作之后，光的波動(dòng)說(shuō)就在物理學(xué)中確立了它的地位。隨后，以太在電磁學(xué)中也獲得了地位，這主要是由于法拉第和麥克斯韋的貢獻(xiàn)。
　　在法拉第心目中，作用是逐步傳過(guò)去的看法有著十分牢固的地位，他引入了力線來(lái)描述磁作用和電作用。在他看來(lái)，力線是現(xiàn)實(shí)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(dòng)。他曾提出用力線來(lái)代替以太，并認(rèn)為物質(zhì)原子可能就是聚集在某個(gè)點(diǎn)狀中心附近的力線場(chǎng)。他在1851年又寫道：“如果接受光以太的存在，那么它可能是力線的荷載物�！钡�法拉第的觀點(diǎn)并未為當(dāng)時(shí)的理論物理學(xué)家們所接受。
　　到19世紀(jì)60年代前期，麥克斯韋提出位移電流的概念，并在提出用一組微分方程來(lái)描述電磁場(chǎng)的普遍規(guī)律，這組方程以后被稱為麥克斯韋方程組。根據(jù)麥克斯韋方程組，可以推出電磁場(chǎng)的擾動(dòng)以波的形式傳播，以及電磁波在空氣中的速度為每秒31萬(wàn)公里，這與當(dāng)時(shí)已知的空氣中的光速每秒31.5萬(wàn)公里在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)是一致的。
　　麥克斯韋在指出電磁擾動(dòng)的傳播與光傳播的相似之后寫道：“光就是產(chǎn)生電磁現(xiàn)象的媒質(zhì)(指以太)的橫振動(dòng)”。后來(lái)，赫茲用實(shí)驗(yàn)方法證實(shí)了電磁波的存在。光的電磁理論成功地解釋了光波的性質(zhì)，這樣以太不僅在電磁學(xué)中取得了地位，而且電磁以太同光以太也統(tǒng)一了起來(lái)。
　　麥克斯韋還設(shè)想用以太的力學(xué)運(yùn)動(dòng)來(lái)解釋電磁現(xiàn)象，他在1855年的論文中，把磁感應(yīng)強(qiáng)度比做以太的速度。后來(lái)他接受了湯姆孫(即開(kāi)爾文)的看法，改成磁場(chǎng)代表轉(zhuǎn)動(dòng)而電場(chǎng)代表平動(dòng)。
　　他認(rèn)為，以太繞磁力線轉(zhuǎn)動(dòng)形成一個(gè)個(gè)渦元，在相鄰的渦元之間有一層電荷粒子。他并假定，當(dāng)這些粒子偏離它們的平衡位置即有一位移時(shí)，就會(huì)對(duì)渦元內(nèi)物質(zhì)產(chǎn)生一作用力引起渦元的變形，這就代表靜電現(xiàn)象。
　　關(guān)于電場(chǎng)同位移有某種對(duì)應(yīng)，并不是完全新的想法，湯姆孫就曾把電場(chǎng)比作以太的位移。另外，法拉第在更早就提出，當(dāng)絕緣物質(zhì)放在電場(chǎng)中時(shí)，其中的電荷將發(fā)生位移。麥克斯韋與法拉第不同之處在于，他認(rèn)為不論有無(wú)絕緣物質(zhì)存在，只要有電場(chǎng)就有以太電荷粒子的位移，位移的大小與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比。當(dāng)電荷粒子的位移隨時(shí)間變化時(shí)，將形成電流，這就是他所謂的位移電流。對(duì)麥克斯韋來(lái)說(shuō)，位移電流是真實(shí)的電流，而現(xiàn)在我們知道，只是其中的一部分(極化電流)才是真實(shí)的電流。
　　在這一時(shí)期還曾建立了其他一些以太模型，不過(guò)以太論也遇到一些問(wèn)題。首先，若光波為橫波，則以太應(yīng)為有彈性的固體媒質(zhì)。那么為何天體運(yùn)行其中會(huì)不受阻力呢？有人提出了一種解釋：以太可能是一種像蠟或?yàn)r青樣的塑性物質(zhì)，對(duì)于光那樣快的振動(dòng)，它具有足夠的彈性像是固體，而對(duì)于像天體那樣慢的運(yùn)動(dòng)則像流體。
　　另外，彈性媒質(zhì)中除橫波外一般還應(yīng)有縱波，但實(shí)驗(yàn)卻表明沒(méi)有縱光波，如何消除以太的縱波，以及如何得出推導(dǎo)反射強(qiáng)度公式所需要的邊界條件是各種以太模型長(zhǎng)期爭(zhēng)論的難題。
　　為了適應(yīng)光學(xué)的需要，人們對(duì)以太假設(shè)一些非常的屬性，如1839年麥克可拉模型和柯西模型。再有，由于對(duì)不同的光頻率，折射率也不同，于是曳引系數(shù)對(duì)于不同頻率亦將不同。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(zhì)實(shí)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(ài)德華·莫雷為測(cè)量地球和以太的相對(duì)速度，進(jìn)行了著名的邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，不同方向上的光速?zèng)]有差異。這實(shí)際上證明了光速不變?cè)�理，即真空中光速在任何參照系下具有相同的�?shù)值，與參照系的相對(duì)速度無(wú)關(guān)，以太其實(shí)并不存在。后來(lái)又有許多實(shí)驗(yàn)支持了上面的結(jié)論。
　　以太說(shuō)曾經(jīng)在一段歷史時(shí)期內(nèi)在人們腦中根深蒂固，深刻地左右著物理學(xué)家的思想。著名物理學(xué)家洛倫茲推導(dǎo)出了符合電磁學(xué)協(xié)變條件的洛倫茲變換公式，但無(wú)法拋棄以太的觀點(diǎn)。
　　19世紀(jì)90年代，洛倫茲提出了新的概念，他把物質(zhì)的電磁性質(zhì)歸之于其中同原子相聯(lián)系的電子的效應(yīng)。至于物質(zhì)中的以太，則同真空中的以太在密度和彈性上都并無(wú)區(qū)別。他還假定，物體運(yùn)動(dòng)時(shí)并不帶動(dòng)其中的以太運(yùn)動(dòng)。但是，由于物體中的電子隨物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，不僅要受到電場(chǎng)的作用力，還要受到磁場(chǎng)的作用力，以及物體運(yùn)動(dòng)時(shí)其中將出現(xiàn)電介質(zhì)運(yùn)動(dòng)電流，運(yùn)動(dòng)物質(zhì)中的電磁波速度與靜止物質(zhì)中的并不相同。
　　在考慮了上述效應(yīng)后，洛倫茲同樣推出了菲涅耳關(guān)于運(yùn)動(dòng)物質(zhì)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(jù)束縛電子的強(qiáng)迫振動(dòng)，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(jì)末可以說(shuō)是以太論的極盛時(shí)期。但是，在洛倫茲理論中，以太除了荷載電磁振動(dòng)之外，不再有任何其他的運(yùn)動(dòng)和變化，這樣它幾乎已退化為某種抽象的標(biāo)志。除了作為電磁波的荷載物和絕對(duì)參照系，它已失去所有其他具體生動(dòng)的物理性質(zhì)，這就又為它的衰落創(chuàng)造了條件。
　　如上所述，為了測(cè)出地球相對(duì)以太參照系的運(yùn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)精度必須達(dá)到很高的量級(jí)。到19世紀(jì)80年代，麥克爾遜和莫雷所作的實(shí)驗(yàn)第一次達(dá)到了這個(gè)精度，但得到的結(jié)果仍然是否定的，即地球相對(duì)以太不運(yùn)動(dòng)。此后其他的一些實(shí)驗(yàn)亦得到同樣的結(jié)果，于是以太進(jìn)一步失去了作為絕對(duì)參照系的性質(zhì)。這一結(jié)果使得相對(duì)性原理得到普遍承認(rèn)，并被推廣到整個(gè)物理學(xué)領(lǐng)域。
　　在19世紀(jì)末和20世紀(jì)初，雖然還進(jìn)行了一些努力來(lái)拯救以太，但在狹義相對(duì)論確立以后，它終于被物理學(xué)家們所拋棄。人們接受了電磁場(chǎng)本身就是物質(zhì)存在的一種形式的概念，而場(chǎng)可以在真空中以波的形式傳播。
　　量子力學(xué)的建立更加強(qiáng)了這種觀點(diǎn)，因?yàn)槿藗儼l(fā)現(xiàn)，物質(zhì)的原子以及組成它們的電子、質(zhì)子和中子等粒子的運(yùn)動(dòng)也具有波的屬性。波動(dòng)性已成為物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本屬性的一個(gè)方面，那種僅僅把波動(dòng)理解為某種媒介物質(zhì)的力學(xué)振動(dòng)的狹隘觀點(diǎn)已完全被沖破。
　　然而人們的認(rèn)識(shí)仍在繼續(xù)發(fā)展。到20世紀(jì)中期以后，人們又逐漸認(rèn)識(shí)到真空并非是絕對(duì)的空，那里存在著不斷的漲落過(guò)程(虛粒子的產(chǎn)生以及隨后的湮沒(méi))。這種真空漲落是相互作用著的場(chǎng)的一種量子效應(yīng)。
　　今天，理論物理學(xué)家進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，真空具有更復(fù)雜的性質(zhì)。真空態(tài)代表場(chǎng)的基態(tài)，它是簡(jiǎn)并的，實(shí)際的真空是這些簡(jiǎn)并態(tài)中的某一特定狀態(tài)。目前粒子物理中所觀察到的許多對(duì)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(diǎn)上建立的弱相互作用和電磁相互作用的電弱統(tǒng)一理論已獲得很大的成功。
　　但愛(ài)因斯坦則大膽拋棄了以太學(xué)說(shuō)，認(rèn)為光速不變是基本的原理，并以此為出發(fā)點(diǎn)之一創(chuàng)立了狹義相對(duì)論。雖然后來(lái)的事實(shí)證明確實(shí)不存在以太，不過(guò)以太假說(shuō)仍然在我們的生活中留下了痕跡，如以太網(wǎng)等。
　　這樣看來(lái)，機(jī)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(duì)空虛意義上的真空)仍然活著，并具有旺盛的生命力。
　　我的以太
　　以太是一種可以被磁力控制的物質(zhì)，整個(gè)宇宙都有。它會(huì)隨著磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。之所以上述實(shí)驗(yàn)沒(méi)有成功是否就是因?yàn)榈厍虻囊蕴�給地球控制是運(yùn)動(dòng)的呢相對(duì)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(dòng)方法。在磁力的速度不高時(shí)，以太隨著磁力運(yùn)動(dòng)。當(dāng)速度達(dá)到一定時(shí)就會(huì)使以太產(chǎn)生剛性物質(zhì)的速動(dòng)。通過(guò)樣的特性，我想可以解釋現(xiàn)在的一些現(xiàn)像了吧。過(guò)去的人們把以太的很多特性說(shuō)得很對(duì)。有一個(gè)不對(duì)的就是以太是靜止的。
　　以太這個(gè)詞在電影《關(guān)于莉莉周的一切》里面，被賦予新的定義
　　1.古 希臘 哲學(xué)家首先設(shè)想出來(lái)的一種媒質(zhì)。十七世紀(jì)后，物理學(xué)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(dāng)時(shí)認(rèn)為光是一種機(jī)械的彈性波，但由于它可以通過(guò)真空傳播，因此必須假設(shè)存在一種尚未為實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的以太作為傳播光的媒質(zhì)。這種媒質(zhì)是無(wú)所不在的，沒(méi)有質(zhì)量的，而且是“絕對(duì)靜止”的，電磁和引力作用則是它的特殊機(jī)械作用。以太這一概念到十九世紀(jì)曾為人們所普遍接受，但科學(xué)家始終無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明它的存在。到了二十世紀(jì)初，隨著相對(duì)論的建立和對(duì)場(chǎng)的進(jìn)一步研究，確定光的傳播和一切相互作用的傳遞都通過(guò)各種場(chǎng)，而不是通過(guò)機(jī)械媒質(zhì)，以太才作為一個(gè)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(xué)名詞，是物理學(xué)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(lái)。 譚嗣同 在《仁學(xué)》、《以太說(shuō)》中既把以太說(shuō)成宇宙間無(wú)所不在的無(wú)色、無(wú)聲、無(wú)臭的物質(zhì)，但同時(shí)又作了種種精神性的解釋，把 孔子 的“仁”、“元”、“性”， 墨家 的“兼愛(ài)”，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(xué)說(shuō)》中把以太看作物質(zhì)世界的本源，認(rèn)為它“動(dòng)而生電子，電子凝而成元素，元素合而成物質(zhì)，物質(zhì)聚而成地球”，并不具有精神性質(zhì)。

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