以太（ether）（或譯乙太；英語(yǔ)：ether或aether）

以太是古希臘哲學(xué)家所設想的一種物質(zhì)，是一種被假想的電磁波的傳播媒質(zhì),被認為無(wú)所不在。

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)表示占據天體空間的物質(zhì)。

17世紀的笛卡兒是一個(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(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(mǎn)。以太雖然不能為人的感官所感覺(jué)，但卻能傳遞力的作用，如磁力和月球對潮汐的作用力。

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。在相當長(cháng)的時(shí)期內(直到20世紀初)，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(chēng)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)應該充滿(mǎn)包括真空在內的全部空間，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超距作用，并承認以太的存在。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象。牛頓也認為以太可以傳播振動(dòng)，但以太的振動(dòng)不是光，因為當時(shí)光的波動(dòng)學(xué)說(shuō)還不能解釋光的偏振現象，也不能解釋光為什么會(huì )直線(xiàn)傳播。

18世紀是以太論沒(méi)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(lái)反對笛卡兒哲學(xué)體系，因而連同他倡導的以太論也一同進(jìn)入了反對之列。

隨著(zhù)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并未獲得實(shí)際結果，使得超距作用觀(guān)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。到18世紀后期，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(guān)點(diǎn)在電學(xué)中也占了主導地位。

19世紀，以太論獲得復興和發(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果。楊用光波的干涉解釋了牛頓環(huán)，并在實(shí)驗的啟示下，于1817年提出光波為橫波的新觀(guān)點(diǎn)，解決了波動(dòng)說(shuō)長(cháng)期不能解釋光的偏振現象的困難?？茖W(xué)家們逐步發(fā)現光是一種波，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）。受傳統力學(xué)思想影響，于是他們便假想宇宙到處都存在著(zhù)一種稱(chēng)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。

以太的假設事實(shí)上代表了傳統的觀(guān)點(diǎn)：電磁波的傳播需要一個(gè)“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(gè)“絕對靜止”的參照系，因為該方程里兩個(gè)參數都是無(wú)方向的標量，所以在任何參照系里光速都是不變的。

其中e0是真空介電常數，μ0是真空磁導率。

這個(gè)“絕對靜止系”就是「以太系」。其他慣性系的觀(guān)察者所測量到的光速，應該是"以太系"的光速，與這個(gè)觀(guān)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，絕對靜止。按照當時(shí)的猜想，以太充滿(mǎn)整個(gè)宇宙，電磁波可在其中傳播。假設太陽(yáng)靜止在以太系中，由于地球在圍繞太陽(yáng)公轉，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值應該是不同的，最大為cv，最小為cv。如果太陽(yáng)在以太系上不是靜止的，地球上測量不同方向的光速，也應該有所不同。

菲涅耳用波動(dòng)說(shuō)成功地解釋了光的衍射現象，他提出的理論方法(現常稱(chēng)為惠更斯－菲涅耳原理)能正確地計算出衍射圖樣，并能解釋光的直線(xiàn)傳播現象。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(zhù)名公式，它很好地說(shuō)明了布儒斯特數年前從實(shí)驗上測得的結果。

菲涅耳關(guān)于以太的一個(gè)重要理論工作是導出光在相對于以太參照系運動(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，在楊的想法基礎上提出：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，他還假定當一個(gè)物體相對以太參照系運動(dòng)時(shí)，其內部的以太只是超過(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，很容易就能得到運動(dòng)物體內光的速度。

19世紀中期，曾進(jìn)行了一些實(shí)驗，以求顯示地球相對以太參照系運動(dòng)所引起的效應，并由此測定地球相對以太參照系的速度，但都得出否定的結果。這些實(shí)驗結果可從菲涅耳理論得到解釋?zhuān)鶕颇\動(dòng)媒質(zhì)中的光速公式，當實(shí)驗精度只達到一定的量級時(shí)，地球相對以太參照系的速度在這些實(shí)驗中不會(huì )表現出來(lái)，而當時(shí)的實(shí)驗都未達到此精度。

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。

在法拉第心目中，作用是逐步傳過(guò)去的看法有著(zhù)十分牢固的地位，他引入了力線(xiàn)來(lái)描述磁作用和電作用。在他看來(lái)，力線(xiàn)是現實(shí)的存在，空間被力線(xiàn)充滿(mǎn)著(zhù)，而光和熱可能就是力線(xiàn)的橫振動(dòng)。他曾提出用力線(xiàn)來(lái)代替以太，并認為物質(zhì)原子可能就是聚集在某個(gè)點(diǎn)狀中心附近的力線(xiàn)場(chǎng)。他在1851年又寫(xiě)道：“如果接受光以太的存在，那么它可能是力線(xiàn)的荷載物?！钡ɡ诘挠^(guān)點(diǎn)并未為當時(shí)的理論物理學(xué)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，并在提出用一組微分方程來(lái)描述電磁場(chǎng)的普遍規律，這組方程以后被稱(chēng)為麥克斯韋方程組。根據麥克斯韋方程組，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，這與當時(shí)已知的空氣中的光速每秒31.5萬(wàn)公里在實(shí)驗誤差范圍內是一致的。

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(xiě)道：“光就是產(chǎn)生電磁現象的媒質(zhì)(指以太)的橫振動(dòng)”。后來(lái)，赫茲用實(shí)驗方法證實(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一了起來(lái)。

麥克斯韋還設想用以太的力學(xué)運動(dòng)來(lái)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。后來(lái)他接受了湯姆孫(即開(kāi)爾文)的看法，改成磁場(chǎng)代表轉動(dòng)而電場(chǎng)代表平動(dòng)。

他認為，以太繞磁力線(xiàn)轉動(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 )對渦元內物質(zhì)產(chǎn)生一作用力引起渦元的變形，這就代表靜電現象。

關(guān)于電場(chǎng)同位移有某種對應，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)強度成正比。當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(lái)說(shuō)，位移電流是真實(shí)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(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，則以太應為有彈性的固體媒質(zhì)。那么為何天體運行其中會(huì )不受阻力呢？有人提出了一種解釋?zhuān)阂蕴赡苁且环N像蠟或瀝青樣的塑性物質(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動(dòng)則像流體。

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

為了適應光學(xué)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，由于對不同的光頻率，折射率也不同，于是曳引系數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(ài)德華·莫雷為測量地球和以太的相對速度，進(jìn)行了著(zhù)名的邁克爾遜－莫雷實(shí)驗。實(shí)驗結果顯示，不同方向上的光速沒(méi)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值，與參照系的相對速度無(wú)關(guān)，以太其實(shí)并不存在。后來(lái)又有許多實(shí)驗支持了上面的結論。

以太說(shuō)曾經(jīng)在一段歷史時(shí)期內在人們腦中根深蒂固，深刻地左右著(zhù)物理學(xué)家的思想。著(zhù)名物理學(xué)家洛倫茲推導出了符合電磁學(xué)協(xié)變條件的洛倫茲變換公式，但無(wú)法拋棄以太的觀(guān)點(diǎn)。

19世紀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。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)區別。他還假定，物體運動(dòng)時(shí)并不帶動(dòng)其中的以太運動(dòng)。但是，由于物體中的電子隨物體運動(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，以及物體運動(dòng)時(shí)其中將出現電介質(zhì)運動(dòng)電流，運動(dòng)物質(zhì)中的電磁波速度與靜止物質(zhì)中的并不相同。

在考慮了上述效應后，洛倫茲同樣推出了菲涅耳關(guān)于運動(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。洛倫茲根據束縛電子的強迫振動(dòng)，可推出折射率隨頻率的變化。洛倫茲的上述理論被稱(chēng)為電子論，它獲得了很大成功。

19世紀末可以說(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動(dòng)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(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動(dòng)，實(shí)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(shí)驗第一次達到了這個(gè)精度，但得到的結果仍然是否定的，即地球相對以太不運動(dòng)。此后其他的一些實(shí)驗亦得到同樣的結果，于是以太進(jìn)一步失去了作為絕對參照系的性質(zhì)。這一結果使得相對性原理得到普遍承認，并被推廣到整個(gè)物理學(xué)領(lǐng)域。

在19世紀末和20世紀初，雖然還進(jìn)行了一些努力來(lái)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(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)的建立更加強了這種觀(guān)點(diǎn)，因為人們發(fā)現，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動(dòng)也具有波的屬性。波動(dòng)性已成為物質(zhì)運動(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(guān)點(diǎn)已完全被沖破。

然而人們的認識仍在繼續發(fā)展。到20世紀中期以后，人們又逐漸認識到真空并非是絕對的空，那里存在著(zhù)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(zhù)的場(chǎng)的一種量子效應。

今天，理論物理學(xué)家進(jìn)一步發(fā)現，真空具有更復雜的性質(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(guān)察到的許多對稱(chēng)性的破壞，就是真空的這種特殊的“取向”所引起的。在這種觀(guān)點(diǎn)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(ài)因斯坦則大膽拋棄了以太學(xué)說(shuō)，認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(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(zhù)，并具有旺盛的生命力。

眾所周知，人類(lèi)的科學(xué)是對已知自然現象的歸納和總結，當人類(lèi)觀(guān)測自然的手段和方法取得進(jìn)步時(shí)，許多已知的知識，甚至是被奉為真理的規條，難免與實(shí)驗觀(guān)測結果發(fā)生不相吻合的狀況。為了解決這個(gè)矛盾，要么是放棄曾經(jīng)的真理，修正知識體系，要么是不顧眼前發(fā)生的事實(shí)，恪守神圣不可動(dòng)搖的真理。至于那些信奉科學(xué)到了迷信地步的人，才會(huì )為了維護真理而篡改事實(shí)，殊不知，當真理走到了必須依靠信仰來(lái)維持，而不是事實(shí)來(lái)驗證，真理就已經(jīng)不再是真理，科學(xué)也已經(jīng)不再是科學(xué)，徹頭徹尾地便成了一種迷信。

科學(xué)曾經(jīng)篤信的真理——以太在線(xiàn)