以太是古希臘哲學家亞裏士多德所設想的一種物質。是物理學史上一種假想的物質觀念,其內涵隨物理學發展而演變。“以太”一詞是英文ether或aether的音譯。古希臘人以其泛指青天或上層大氣。以太也被認為是第五元素,在亞裏士多德看來,物質元素除了水、火、氣、土之外,還有一種居於天空上層的以太。在科學史上,它起初帶有一種神秘色彩。後來人們逐漸增加其內涵,使它成為某些曆史時期物理學家賴以思考的假想物質。
19世紀的物理學家曾認為它是一種電磁波的傳播媒質,但後來的實驗和理論表明,如果假定“以太”的不存在,很多物理現象可以有更為簡單的解釋。
以太的定義:以太(ether、aether),古希臘哲學家亞裏士多德所設想的一種物質,物質現象界的萬物生存在其內,是除了水、火、氣、土四大基本元素之外的第五元素。
以太的發展:以太是一個曆史上的名詞,它的涵義也隨著曆史的發展而發展。
古希臘時期:“以太”一詞,最初見於一則古代希臘的神話傳說:暗神伊利波斯和夜神尼卡絲結合,生出一個精靈氣旺的宙斯神——埃忒爾(aether),這就是以太。在那個時候,以太表示精靈之氣,彌漫於整個宇宙。埃忒爾是希臘神話裏的三層大氣(air)之一,是“以太”神,“光”和“光亮的高層大氣”的神。
在古希臘,唯物主義哲學家留基伯和德漠克利特提出了原子論,認為萬物都是由最小的,不能再分的微粒——原子組成的,人的靈魂也由最活動、最精微的原子組成,這種原子一旦分散,靈魂隨之消失。原子之間的空隙裏有什麽呢一無所有,一片虛空。這樣,“萬物的始基是原子和虛空”,而原子在虛空中運動著。原子論者認為:“如果沒有我們稱為虛空的空間、場所,物體就無法安置,根本也不能移動。”
古希臘哲學家亞裏士多德反對原子論,尤其反對虛空的存在。他在《物理學》和 《論天》等著作中寫道:“不可分的東西是沒有運動和變化的。”“充實的空間裏能夠有變化,並且,即使在物體之間沒有虛空把它們分開,他們也能夠彼此調換位置。“相反,“虛空其實倒會把運動取消,在虛空裏麵,會隻有一個普遍的靜止。”因此,亞裏士多德認為,虛空是根本不存在的,空間處處為連綿不斷的物質所充滿。他認為,地上的物體包含四種原素,即土、火、氣和水。原素不呈微粒狀,而是連續的,原素也不是不可破壞,而是“從彼此產生出來的”。除此之外,還要加上第五種原素—天上的實質。他說:“天與土、火、氣和水不同,天乃是古代人所稱為以太的東西。”以太是聖潔之物,它不包含任何矛盾和對立, 因而是永遠不會發生變化,是永恆的。以太作為宇宙的本原物質的概念逐漸從神話走到自然哲學中來。
十七、十八世紀:十七世紀的勒內·笛卡爾是一個對科學思想的發展有重大影響的哲學家。他建立了以太旋渦說,最先將以太引入科學,並賦予它某種力學性質。在笛卡爾看來,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,如磁力和月球對潮汐的作用力。
後來,以太又在很大程度上作為光波的荷載物同光的波動學說相聯係。光的波動說是由r·胡克首先提出的,並為c·惠更斯所進一步發展。在相當長的時期內(直到二十世紀初),人們對波的理解隻侷限於某種媒介物質的力學振動。這種媒介物質就稱為波的荷載物,如空氣就是聲波的荷載物。由於光可以在真空中傳播,因此惠更斯提出,荷載光波的媒介物質(以太)應該充滿包括真空在內的全部空間,並能滲透到通常的物質之中。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象。這時期的以太也稱為“發光以太”或“光以太”。
牛頓對以太的態度是極其矛盾的,他一麵繼承了勒內·笛卡爾和伽利略·伽利雷的部分思想,提出絕對時空理論,但在他1687年發表《自然哲學的數學原理》中,迴避了以太的問題,關於物體之間作用力的本質,他隻字未提,認為當時不可能深入探討力的本質。之後,牛頓運用超距的吸引和排斥的觀點輕而易舉地解釋了萬有引力、化學聚合力、光粒子的反射和折射等現象,因而逐步地接近超距作用的觀點。承認超距作用,當然否定以太的存在。但是牛頓本人並不讚成超距作用解釋,在對待以太的問題上也是搖擺不定的,他在給r·本特利的一封信中寫道:“很難想象沒有別種無形的媒介,無生命無感覺的物質可以毋須相互接觸而對其他物質起作用和產生影響。……假定引力是物質的一種根本的和固有的屬性,因此一個物體能夠超距地通過虛空的任何距離作用於另一個物體,不經任何媒介就傳遞作用力,在我看來,這是多麽荒誕,以致對於任何一個通曉哲學事理的人都是不可思議的。引力應是由按一定規律起作用的媒介引起的。但是,這種媒介究竟是物質的還是非物質的呢?我讓讀者自己去判斷。”在力的傳遞上,牛頓本人是傾向於讚同以太理論的觀點的,隻是在細節上有所不同,但他並沒有對力的本質再做進一步的研究和說明。
十八世紀是以太論沒落的時期。由於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爾哲學體係,連同他倡導的以太論也在被反對之列。隨著引力的平方反比定律在天體力學方麵的成功以及探尋以太未獲實際結果,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。
十九世紀:十九世紀隨光的波動學的重新興起,以太重迴它的主流地位。以太成為科學研究的重要物件,物理學也被分成兩部門:一門研究普通物質,另一門研究以太,稱為“以太學”。
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