查看“以太”的源代码

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|G1=Physics
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[[File:AetherWind_zh.svg|thumb|300px|以太假說：地球行經承載光的介質以太]]
'''以太'''（{{lang-en|Luminiferous aether}}、{{lang|en|aether}} 或 {{lang|en|ether}}）或譯為'''光乙太'''，是[[古希腊]][[哲学家]][[亞里斯多德]]所设想的一种物质，為五元素之一。19世紀的物理學家，認為它是一種曾被假想的[[電磁波]]的傳播媒質<ref>The 19th century science book ''A Guide to the Scientific Knowledge of Things Familiar'' provides a brief summary of scientific thinking in this field at the time.</ref>。但後來的实验和理论表明，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”理论被科学界抛弃。

==歷史==

19世纪，科学家们逐步发现[[光]]是一种波，而生活中的波大多需要传播介质（如[[声波]]的传递需要借助于[[空气]]，水波的传播借助于[[水]]等）。受[[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，是这种物质作為光的传播中的[[介质]]。

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“绝对靜止”的[[参照系]]，当参照系改变，光速也改变。

[[File:Michelson-Morley experiment (zh).svg|300px|thumb|迈克耳孙－莫雷实验装置]]

这个“绝对靜止系”就是「以太系」。其他慣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。

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（如同船隻動力c，河流流速v，則船速可能為正向c+v、逆向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。

1881年-1884年，[[阿尔伯特·迈克耳孙]]和[[爱德华·莫雷]]为测量地球和以太的相对速度，进行了著名的[[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[[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。

以太说曾经在一段历史时期内在人们脑中根深柢固，深刻地左右着物理学家的思想。著名物理学家[[洛伦兹]]推导出了符合[[电磁学]]协变条件的[[洛伦兹变换]]公式，但无法抛弃以太的观点。

然而根据[[麦克斯韦方程组]]，电磁波的传播不需要一个“绝对靜止”的参照系，因为该方程裡两个参数都是无方向的标量，所以在任何参照系裡光速都是不变的。

<math>c=\frac{1}{\sqrt{\varepsilon_0\mu_0}}</math>

其中 <math>\varepsilon_0</math> 是[[真空电容率]]，<math>\mu_0</math> 是[[真空磁导率]]。

[[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[[狭义相对论]]。虽然后来的事实证明以太确实不存在，不过以太假说仍然在我们的生活中留下了痕迹，如[[以太网|乙太網路]]等。

但有些人推測，以太可能是由一種[[宇宙]]的[[暗物質]]所構成，又稱「光引力行為」，光引力行為是一種只有屬於光的[[萬有引力]]，發光者藉由暗物質的聚合而產生光，可是這些也只是在構想的階段。

從[[笛卡爾]]的角度來看，物體之間所有的作用力都必須透過媒介來傳遞，不存在所謂的超距作用。因此，空間中不可能是一無所有的，而是充滿著一種叫以太的物質。以太雖然無法被人體所感知，但卻能傳遞作用力，例如磁力、月球对潮汐的作用力等。

之後，以太又跟[[光波動說]]有很大關聯，它被當作是光波的荷載物。光波動說是由胡克所提出的，並由[[惠更斯]]做進一步的發展。

由於光可以在真空中傳播，因此惠更斯提出，荷載光波的媒介（以太）應該充滿了包括真空在內的全部空間，並能滲透到平常的物質當中。以太除了被當作為光的荷載物質之外，惠更斯也利用以太來解釋引力的現象。

[[牛頓]]雖然不同意[[胡克]]的光波動說，但又和笛卡爾一樣反對超距作用，並承認以太這種物質的存在。牛頓的觀點是，以太不一定是單一的物質，因此能傳遞各種作用力，如產生電、磁和引力等不同的現象。牛頓也認為以太可以傳播震動，但以太的震動不是光，因為當時光波動說還不能解釋光的偏振現象，亦不能解釋光為何會直線傳播。

十八世紀是以太論沒落的時期。由於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爾哲學體系，因此連笛卡爾倡導的以太論也一併進入了反對之列。

隨著引力的平方反比定律在天體力學方面的成功，以及探尋以太的實驗並未獲得成果，使得超距作用觀點得以流行。光波動說也被放棄了，而光微粒說卻得到廣泛的承認。到了十八世紀後期，證實了電荷之間（以及磁極之間）的作用力同樣是與距離的平方成反比。於是電磁以太的觀念被拋棄，超距作用的觀點在電磁學中也占據了主導的位置。

十九世紀，以太論獲得復興以及發展，這點首先還是由光學所發展起的，主要是[[托馬斯·楊]]及[[菲涅爾]]的實驗結果。托馬斯·楊用光波的干涉解釋了[[牛頓環]]，並在實驗的啟示下，於1817年提出的光波為[[橫波]]的新觀點，解決了[[光波動說]]長期不能解釋光的偏振現象的困難處。

菲涅爾用光波動說成功地解釋的光的衍射現象，他提出的理論方法（常稱為[[惠更斯－菲涅耳原理]]）能正確地計算出衍射的圖案，並且能解釋光的直線傳播現象。之後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。

1823年，菲涅爾根據托馬斯·楊的光波為橫波的學說，和他自己在1818年所提出的：

透明物質中以太密度與及折射二次方成正比的假設，在一定的邊界條件下，推出關於反射光和折射光振幅的著名公式，他很準確的說明了[[大卫·布儒斯特]]數年前從實驗上所測得的結果。

== 参阅 ==
{{portal box|物理學}}
* [[光速不变原理]]
* [[迈克耳孙-莫雷实验]]

{{Commonscat|Luminiferous aether}}

==参考文献==
{{Reflist}}

==外部連結==
{{refbegin|2}}
*[http://www.twelvestar.com/Sourceworks/Ether%20and%20Relativity.html Ether and the Theory of Relativity (by Albert Einstein) 英文版]
* {{Citation |url=http://www.thomist.org/jour/2004/July/2004%20July%20A%20Dec.htm |journal=The Thomist |first1=Christopher A. |last1=Decaen |volume=68 |pages=375–429 |year=2004 |title=Aristotle's Aether and Contemporary Science |accessdate=2011-03-05 |postscript=. }}{{dead link|date=2017年11月 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }}
*[http://www.keelynet.com/osborn/rey7.htm The Aether of Space] - Lord Rayleigh's address
*[https://web.archive.org/web/20130223023722/http://scienceweek.com/2005/sw050708-6.htm ScienceWeek THEORETICAL PHYSICS: ON THE AETHER AND BROKEN SYMMETRY]
*[[:s:The New Student's Reference Work/Ether|The New Student's Reference Work/Ether]]
{{refend}}

[[Category:物理學史|LA]]
[[Category:以太理论|*]]
[[Category:思想史|L]]