以太的發(fā)展歷史以及對科學(xué)發(fā)展的作用

以太的發(fā)展歷史以及對科學(xué)發(fā)展的作用以太是古希臘哲學(xué)家阿那克薩哥拉斯所設(shè)想的一種物質(zhì)，為五元素之一。19世紀的物理學(xué)家，認為它是一種曾被假想的電磁波的傳播媒質(zhì)。但后來的實驗和理論表明，如果不假定“以太”的存在，很多物理現(xiàn)象可以有更為簡單的解釋。也就是說，沒有任何觀測證據(jù)表明“以太”存在，因此“以太”理論被科學(xué)界所拋棄。雖然“以太”的理論被拋棄了，但在研究過程中，科學(xué)家們曾圍繞“以太”展開過熱烈的討論，提出了許多有意義的見解，有力地推動了科學(xué)的發(fā)展。17世紀笛卡兒最先將以太引入科學(xué)，并賦予它某種力學(xué)性質(zhì)。在他看來物體之間不存在超距作用，物體之間所有的作用力都必須透過媒介來傳遞，并且把這種媒介物質(zhì)叫做以太，提出了“以太說”。以太雖然無法被人體所感知，但卻能傳遞作用力，例如磁力、月球隊潮汐的作用力等。之后，胡克提出光的波動學(xué)說，使以太又跟光的波動學(xué)有很大關(guān)聯(lián)，以太被當(dāng)作是光波的荷載物。\o"惠更斯"惠更斯對胡克的波動學(xué)說做進一步的發(fā)展。光在真空中傳播需要荷載，而荷載光波的媒介（以太）應(yīng)該充滿了包括真空在內(nèi)的全部空間，并能滲透到平常的物質(zhì)當(dāng)中，所以光波靠以太傳播，并把它稱為“光以太”。由于當(dāng)時“以太說”比“超導(dǎo)作用說”更具有說服力，更易于被理解和接受，所以稱為當(dāng)時各國的正統(tǒng)思想。18世紀是以太論沒落的時期。由于法國笛卡爾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并未獲得實際結(jié)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世紀后期，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。于是電磁以太的概念亦被拋棄，超距作用的觀點在電學(xué)中也占了主導(dǎo)地位。十九世紀，以太論獲得復(fù)興以及發(fā)展，這點還是由光學(xué)所發(fā)展起的，科學(xué)家們逐步發(fā)現(xiàn)\o"光"光是一種波，主要是\o"托馬斯·楊"托馬斯·楊及\o"菲涅爾"菲涅爾的實驗結(jié)果。托馬斯·楊用光波的干涉解釋了\o"牛頓環(huán)"牛頓環(huán)，并在實驗的啟示下，于1817年提出的光波為\o"橫波"橫波的新觀點，解決了波動說長期不能解釋光的偏振現(xiàn)象的困難處。菲涅爾用波動說成功地解釋的光的衍射現(xiàn)象，他提出的理論方法(常稱為\o"惠更斯－菲涅耳原理"惠更斯－菲涅耳原理)能正確地計算出衍射的圖案，并且能解釋光的直線傳播現(xiàn)象。之后菲涅爾又成功進一步解釋了光的雙折射，獲得了很大的成功。而生活中的波大多需要傳播介質(zhì)（如\o"聲波"聲波的傳遞需要借助于\o"空氣"空氣，水波的傳播借助于\o"水"水等）。受\o"經(jīng)典力學(xué)"經(jīng)典力學(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\o"介質(zhì)"介質(zhì)的作用。以太的假設(shè)事實上代表了傳統(tǒng)的觀點：電磁波的傳播需要一個“絕對靜止”的\o"參照系"參照系，當(dāng)參照系改變，光速也改變。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(yīng)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。這個時候“以太說”又一次興起。按照當(dāng)時的猜想，以太無所不在，沒有質(zhì)量，絕對靜止。以太充滿整個宇宙，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c-v。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。\o"1881年"1881年-\o"1884年"1884年，\o"阿爾伯特·邁克耳孫"阿爾伯特·邁克耳孫和\o"愛德華·莫雷"愛德華·莫雷為測量地球和以太的相對速度，進行了著名的\o"邁克耳孫-莫雷實驗"邁克耳孫-莫雷實驗。實驗結(jié)果顯示，不同方向上的光速沒有差異。這實際上證明了\o"光速不變原理"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)，以太其實并不存在。后來又有許多實驗支持了上面的結(jié)論邁克耳孫－莫雷實驗裝置以太說曾經(jīng)在一段歷史時期內(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\o"洛倫茲"洛倫茲推導(dǎo)出了符合\o"電磁學(xué)"電磁學(xué)協(xié)變條件的\o"洛倫茲變換"洛倫茲變換公式，但無法拋棄以太的觀點。然而根據(jù)\o"麥克斯韋方程組"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(shù)都是無方向的標量，所以在任何參照系里光速都是不變的。（其中是\o"真空電容率"真空電容率，是\o"真空磁導(dǎo)率"真空磁導(dǎo)率。）\o"愛因斯坦"愛因斯坦則大膽拋棄了以太學(xué)說，認為光速不變是基本的原理，并以此為出發(fā)點之一創(chuàng)立了\o"狹義相對論"狹義相對論