以太的发展历史以及对科学发展的作用

以太的发展历史以及对科学发展的作用以太是古希腊哲学家阿那克萨哥拉斯所设想的一种物质，为五元素之一。19世纪的物理学家，认为它是一种曾被假想的电磁波的传播媒质。但后来的实验和理论表明，如果不假定“以太”的存在，很多物理现象可以有更为简单的解释。也就是说，没有任何观测证据表明“以太”存在，因此“以太”理论被科学界所抛弃。虽然“以太”的理论被抛弃了，但在研究过程中，科学家们曾围绕“以太”展开过热烈的讨论，提出了许多有意义的见解，有力地推动了科学的发展。17世纪笛卡儿最先将以太引入科学，并赋予它某种力学性质。在他看来物体之间不存在超距作用，物体之间所有的作用力都必须透过媒介来传递，并且把这种媒介物质叫做以太，提出了“以太说”。以太虽然无法被人体所感知，但却能传递作用力，例如磁力、月球队潮汐的作用力等。之后，胡克提出光的波动学说，使以太又跟光的波动学有很大关联，以太被当作是光波的荷载物。\o"惠更斯"惠更斯对胡克的波动学说做进一步的发展。光在真空中传播需要荷载，而荷载光波的媒介（以太）应该充满了包括真空在内的全部空间，并能渗透到平常的物质当中，所以光波靠以太传播，并把它称为“光以太”。由于当时“以太说”比“超导作用说”更具有说服力，更易于被理解和接受，所以称为当时各国的正统思想。18世纪是以太论没落的时期。由于法国笛卡尔主义者拒绝引力的平方反比定律，而使牛顿的追随者起来反对笛卡儿哲学体系，因而连同他倡导的以太论也一同进入了反对之列。随着引力的平方反比定律在天体力学方面的成功，以及探寻以太的试验并未获得实际结果，使得超距作用观点得以流行。光的波动说也被放弃了，微粒说得到广泛的承认。到18世纪后期，证实了电荷之间(以及磁极之间)的作用力同样是与距离平方成反比。于是电磁以太的概念亦被抛弃，超距作用的观点在电学中也占了主导地位。十九世纪，以太论获得复兴以及发展，这点还是由光学所发展起的，科学家们逐步发现\o"光"光是一种波，主要是\o"托马斯·杨"托马斯·杨及\o"菲涅尔"菲涅尔的实验结果。托马斯·杨用光波的干涉解释了\o"牛顿环"牛顿环，并在实验的启示下，于1817年提出的光波为\o"横波"横波的新观点，解决了波动说长期不能解释光的偏振现象的困难处。菲涅尔用波动说成功地解释的光的衍射现象，他提出的理论方法(常称为\o"惠更斯－菲涅耳原理"惠更斯－菲涅耳原理)能正确地计算出衍射的图案，并且能解释光的直线传播现象。之后菲涅尔又成功进一步解释了光的双折射，获得了很大的成功。而生活中的波大多需要传播介质（如\o"声波"声波的传递需要借助于\o"空气"空气，水波的传播借助于\o"水"水等）。受\o"经典力学"经典力学思想影响，于是他们便假想宇宙到处都存在着一种称之为以太的物质，而正是这种物质在光的传播中起到了\o"介质"介质的作用。以太的假设事实上代表了传统的观点：电磁波的传播需要一个“绝对静止”的\o"参照系"参照系，当参照系改变，光速也改变。这个“绝对静止系”就是“以太系”。其他惯性系的观察者所测量到的光速，应该是“以太系”的光速，与这个观察者在“以太系”上的速度之矢量和。这个时候“以太说”又一次兴起。按照当时的猜想，以太无所不在，没有质量，绝对静止。以太充满整个宇宙，电磁波可在其中传播。假设太阳静止在以太系中，由于地球在围绕太阳公转，相对于以太具有一个速度v，因此如果在地球上测量光速，在不同的方向上测得的数值应该是不同的，最大为c+v，最小为c-v。如果太阳在以太系上不是静止的，地球上测量不同方向的光速，也应该有所不同。\o"1881年"1881年-\o"1884年"1884年，\o"阿尔伯特·迈克耳孙"阿尔伯特·迈克耳孙和\o"爱德华·莫雷"爱德华·莫雷为测量地球和以太的相对速度，进行了著名的\o"迈克耳孙-莫雷实验"迈克耳孙-莫雷实验。实验结果显示，不同方向上的光速没有差异。这实际上证明了\o"光速不变原理"光速不变原理，即真空中光速在任何参照系下具有相同的数值，与参照系的相对速度无关，以太其实并不存在。后来又有许多实验支持了上面的结论迈克耳孙－莫雷实验装置以太说曾经在一段历史时期内在人们脑中根深蒂固，深刻地左右着物理学家的思想。著名物理学家\o"洛伦兹"洛伦兹推导出了符合\o"电磁学"电磁学协变条件的\o"洛伦兹变换"洛伦兹变换公式，但无法抛弃以太的观点。然而根据\o"麦克斯韦方程组"麦克斯韦方程组，电磁波的传播不需要一个“绝对静止”的参照系，因为该方程里两个参数都是无方向的标量，所以在任何参照系里光速都是不变的。（其中是\o"真空电容率"真空电容率，是\o"真空磁导率"真空磁导率。）\o"爱因斯坦"爱因斯坦则大胆抛弃了以太学说，认为光速不变是基本的原理，并以此为出发点之一创立了\o"狭义相对论"狭义相对论