著名理論

　　17世紀(jì)的笛卡兒是一個(gè)對科學(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,，物體之間的所有作用力都必須通過某種中間媒介物質(zhì)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(zhì)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?qū)Τ毕淖饔昧Α? 　　后來,，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)說相聯(lián)系,。光的波動(dòng)說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)長的時(shí)期內(nèi)(直到20世紀(jì)初),，人們對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,，惠更斯也用以太來說明引力的現(xiàn)象,。 　　牛頓雖然不同意胡克的光波動(dòng)學(xué)說，但他也像笛卡兒一樣反對超距作用,，并承認(rèn)以太的存在,。在他看來,，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)是以太論沒落的時(shí)期,。由于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(xué)體系，因而連同他倡導(dǎo)的以太論也一同進(jìn)入了反對之列,。 　　隨著引力的平方反比定律在天體力學(xué)方面的成功，以及探尋以太的試驗(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)說也被放棄了，微粒說得到廣泛的承認(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)說長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)“絕對靜止”的參照系,，因?yàn)樵摲匠汤飪蓚€(gè)參數(shù)都是無方向的標(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(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,。 　　以太無所不在,，沒有質(zhì)量，絕對靜止,。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)太陽靜止在以太系中，由于地球在圍繞太陽公轉(zhuǎn),，相對于以太具有一個(gè)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(shù)值應(yīng)該是不同的,，最大為c +v,，最小為cv。如果太陽在以太系上不是靜止的,，地球上測量不同方向的光速,，也應(yīng)該有所不同。 　　菲涅耳用波動(dòng)說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,，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,，它很好地說明了布儒斯特?cái)?shù)年前從實(shí)驗(yàn)上測得的結(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)物體相對以太參照系運(yùn)動(dòng)時(shí),，其內(nèi)部的以太只是超過真空的那一部分被物體帶動(dòng)(以太部分曳引假說),。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)，以求顯示地球相對以太參照系運(yùn)動(dòng)所引起的效應(yīng),，并由此測定地球相對以太參照系的速度,，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)到一定的量級時(shí)，地球相對以太參照系的速度在這些實(shí)驗(yàn)中不會(huì)表現(xiàn)出來,，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(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。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,。”但法拉第的觀點(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描述電磁場的普遍規(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31萬公里,，這與當(dāng)時(shí)已知的空氣中的光速每秒31.5萬公里在實(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,，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,。 　　麥克斯韋還設(shè)想用以太的力學(xué)運(yùn)動(dòng)來解釋電磁現(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,。后來他接受了湯姆孫(即開爾文)的看法，改成磁場代表轉(zhuǎn)動(dòng)而電場代表平動(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)于電場同位移有某種對應(yīng),，并不是完全新的想法，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(dāng)絕緣物質(zhì)放在電場中時(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)為不論有無絕緣物質(zhì)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(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,。對麥克斯韋來說，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,，不過以太論也遇到一些問題,。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),，對于光那樣快的振動(dòng)，它具有足夠的彈性像是固體,，而對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期爭論的難題。 　　為了適應(yīng)光學(xué)的需要,，人們對以太假設(shè)一些非常的屬性,，如1839年麥克可拉模型和柯西模型。再有,，由于對不同的光頻率,，折射率也不同，于是曳引系數(shù)對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·邁克爾遜和愛德華·莫雷為測量地球和以太的相對速度，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原理,，即真空中光速在任何參照系下具有相同的數(shù)值,，與參照系的相對速度無關(guān)，以太其實(shí)并不存在,。后來又有許多實(shí)驗(yàn)支持了上面的結(jié)論,。 　　以太說曾經(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)，不僅要受到電場的作用力,，還要受到磁場的作用力,，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,，為了測出地球相對以太參照系的運(yùn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)精度必須達(dá)到很高的量級,。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參照系的性質(zhì),。這一結(jié)果使得相對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)行了一些努力來拯救以太,，但在狹義相對論確立以后，它終于被物理學(xué)家們所拋棄,。人們接受了電磁場本身就是物質(zhì)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(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)識到真空并非是絕對的空，那里存在著不斷的漲落過程(虛粒子的產(chǎn)生以及隨后的湮沒),。這種真空漲落是相互作用著的場的一種量子效應(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)代表場的基態(tài)，它是簡并的,，實(shí)際的真空是這些簡并態(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,。 　　但愛因斯坦則大膽拋棄了以太學(xué)說，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)立了狹義相對論,。雖然后來的事實(shí)證明確實(shí)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,，如以太網(wǎng)等,。 　　這樣看來，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,，不存在絕對空虛意義上的真空)仍然活著，并具有旺盛的生命力,。

以太的其他解釋

　　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 　　以太被認(rèn)為是莉莉周賦予大家的空間，無處不感受到,。每個(gè)人都有自己獨(dú)特的以太內(nèi)心世界,。 　　1.古 希臘 哲學(xué)家首先設(shè)想出來的一種媒質(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)是無所不在的，沒有質(zhì)量的,，而且是“絕對靜止”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)家始終無法通過實(shí)驗(yàn)來證明它的存在,。到了二十世紀(jì)初,，隨著相對論的建立和對場的進(jìn)一步研究，確定光的傳播和一切相互作用的傳遞都通過各種場,，而不是通過機(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。 譚嗣同 在《仁學(xué)》,、《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(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”，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》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)。 　　雖然我們可以看到光,，但是卻從來沒有人能直接看到以太,，而只能用間接的方法來確定。當(dāng)然,，即使是間接的方法,，只要能用觀測儀器確實(shí)測定，仍然可以視為以太存在的證據(jù) 　　3.能量/魔法 　　一般,，在具有歐洲文化風(fēng)格的游戲中,，經(jīng)常出現(xiàn)“以太”這個(gè)名詞，它一般是指能量的意思,。例如：以魔法與科學(xué)并存的龐大世界觀而出名的日本游戲《最終幻想》系列,。 　　在游戲中以太代表能量或者魔法的意思,，以此類推,；以太藥劑通常指的就是能量藥劑或是魔法藥水的意思,。