以太这个琢磨不定的幽灵，在物理光学的发展过程中三起三落，就象一个摆脱不掉的影子，时刻困绕着物理理论的发展。

以太一词源于希腊，愿意是指“空气的上层”，是亚里士多德创造的名词。

17世纪的笛卡儿是一个对科学思想的发展有重大影响的哲学家，1664年他最先将以太引入科学，并赋予它某种力学性质。

在笛卡儿看来，物体之间的所有作用力都必须通过某种中间媒介物质来传递，不存在任何超距作用。因此，空间不可能是空无所有的，它被以太这种媒介物质所充满。笛卡儿的以太是一种无重的、有一定机械性质的物质，它虽然不能为人的感官所感觉，但却能传递力的作用，如磁力和月球对潮汐的作用力。

光的波动说是由胡克首先提出的，并为惠更斯所进一步发展。

在相当长的时期内，人们对波的理解只局限于某种媒介物质的力学振动。这种媒介物质就称为波的载体，如空气就是声波的载体。以太就是光波的载体，由此开始，以太又在很大程度上作为光波的载体同光的波动学说联系起来了。

由于光可以在真空中传播，因此惠更斯提出，荷载光波的媒介物质应该充满包括真空在内的全部空间，并能渗透到通常的物质之中。除了作为光波的荷载物以外，惠更斯也用以太来说明引力的现象。

牛顿虽然不同意胡克的光波动学说，但他也像笛卡儿一样反对超距作用，并承认以太的存在。在牛顿看来，以太不一定是单一的物质，因而能传递各种作用，如产生电、磁和引力等不同的现象。牛顿也认为以太可以传播振动，但牛顿不同意光的波动说，因为当时光的波动学说还不能解释光的偏振现象，也不能解释光为什么会直线传播。

18世纪是以太论没落的时期。由于法国笛卡儿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，因而连同笛卡儿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，以及探寻以太得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磁学中也占了主导地位。

19世纪，以太论获得复兴和发展，这首先还是从光学开始的，主要是托马斯.杨和菲涅耳工作的结果。

托马斯.杨用光波的干涉解释了牛顿环，并在实验的启示下，于1817年提出光波为横波的新观点，解决了波动说长期不能解释光的偏振现象的困难。

菲涅耳用波动说成功地解释了光的衍射现象，他提出的惠更斯——菲涅耳原理能正确地计算出衍射图样，并能解释光的直线传播现象。菲涅耳又进一步解释了光的双折射，获得很大成功。

菲涅耳关于以太的一个重要理论工作是导出光在相对于以太参照系运动的透明物体中的速度公式。1818年他为了解释阿拉果关于星光折射行为的实验，在托马斯.杨的想法基础上提出：透明物质中以太的密度与该物质的折射率二次方成正比，他还假定当一个物体相对以太参照系运动时，其内部的以太只是超过真空的那一部分被物体带动(以太部分曳引假说)。利用菲涅耳的理论，很容易就能得到运动物体内光的速度。

1823年，菲涅耳根据托马斯.杨的光波为横波的学说，和他自己在1818年提出的以太密度理论，在一定的边界条件下，推出关于反射光和折射光振幅的著名公式，它很好地说明了布儒斯特数年前从实验上测得的结果。

在托马斯.杨和菲涅耳的工作之后，光的波动说就在物理学中确立了它的地位。

随后，以太在电磁学中也获得了地位，这主要是由于法拉第和麦克斯韦的贡献。

在法拉第心目中，作用是逐步传过去的，他引入了力线来描述磁作用和电作用。在他看来，力线是现实的存在，空间被力线充满着，而光和热可能就是力线的横振动。他曾提出用力线来代替以太，并认为物质原子可能就是聚集在某个点状中心附近的力线场。他在1851年又写道："如果接受光以太的存在，那么它可能是力线的荷载物。"但法拉第的观点并未为当时的理论物理学家们所接受。

到了19世纪末叶，麦克斯韦的电磁理论和赫兹实验由于借助于以太，从而提高了以太的理论地位。

到19世纪60年代前期，麦克斯韦提出位移电流的概念，并在提出用一组微分方程来描述电磁场的普遍规律，这组方程以后被称为麦克斯韦方程组。根据麦克斯韦方程组，可以推出电磁场的扰动以波的形式传播，以及电磁波在空气中的速度为每秒3１万公里，这与当时已知的空气中的光速每秒31.5万公里在实验误差范围内是一致的。

麦克斯韦在指出电磁扰动的传播与光传播的相似之后写道：“光就是产生电磁现象的媒质的横振动”。后来，赫兹用实验方法证实了电磁波的存在。用光的电磁理论解释光波的性质，这样以太不仅在电磁学中取得了地位，而且电磁以太同光以太也统一了起来。

麦克斯韦还设想用以太的力学运动来解释电磁现象，他在1855年的论文中，把磁感应强度比做以太的速度。后来他接受了开尔文的看法，改成磁场代表转动而电场代表平动。

麦克斯韦认为，以太绕磁力线转动形成一个个涡元，在相邻的涡元之间有一层电荷粒子。他并假定，当这些粒子偏离它们的平衡位置即有一位移时，就会对涡元内物质产生一作用力引起涡元的变形，这就代表静电现象。

关于电场同位移有某种对应，并不是完全新的想法，开尔文就曾把电场比作以太的位移。另外，法拉第在更早就提出，当绝缘物质放在电场中时，其中的电荷将发生位移。麦克斯韦与法拉第不同之处在于，他认为不论有无绝缘物质存在，只要有电场就有以太电荷粒子的位移，位移的大小与电场强度成正比。当电荷粒子的位移随时间变化时，将形成电流，这就是他所谓的位移电流。对麦克斯韦来说，位移电流是真实的电流。

在这一时期还曾建立了其他一些以太模型，使以太论遇到一些难以调和的问题。首先，若光波为横波，则以太应为有弹性的固体媒质。那么为何天体运行其中会不受阻力呢？有人提出了一种解释：以太可能是一种像蜡或沥青样的塑性物质，对于光那样快的振动，它具有足够的弹性像是固体，而对于像天体那样慢的运动则像流体。

另外，弹性媒质中除横波外一般还应有纵波，但实验却表明没有发现纵光波，如何消除以太的纵波，以及如何得出推导反射强度公式所需要的边界条件是各种以太模型长期争论的难题。

为了适应光学的需要，人们对以太假设一些非常的属性，如1839年麦克可拉模型和柯西模型。再有，菲涅耳提出，由于对不同的光频率，折射率也不同，于是曳引系数对于不同频率亦将不同。这样，每种频率的光将不得不有自己的以太等等。以太的这些似乎相互矛盾性质实在是超出了人们的理解能力，很难让人接受。

19世纪90年代，洛伦兹提出了新的概念，他把物质的电磁性质归之于其中同原子相联系的电子的效应。至于物质中的以太，则同真空中的以太在密度和弹性上都并无区别。他还假定，物体运动时并不带动其中的以太运动。但是，由于物体中的电子随物体运动时，不仅要受到电场的作用力，还要受到磁场的作用力，以及物体运动时其中将出现电介质运动电流，运动物质中的电磁波速度与静止物质中的并不相同。

在考虑了上述效应后，洛伦兹同样推出了菲涅耳关于运动物质中的光速公式，而菲涅耳理论所遇到的困难已不存在。洛伦兹根据束缚电子的强迫振动，可推出折射率随频率的变化。洛伦兹的上述理论被称为电子论，它获得了很大成功。

但以太的引入，也使物理学家们碰上了新的困难。光波是一种横波，而只有固体介质才能传播横波，如果说光波由以太传播，那么以太就必然是固态的，而且它必须渗入万物之中，密度比气体稀薄，弹性比金属还大，驯服到不影响人的眼睛的眨动。同时具有这么多神奇特性的以太的存在，谁也觉得是不可能的。

19世纪末可以说是以太论的极盛时期。但是，在洛伦兹理论中，以太除了荷载电磁振动之外，不再有任何其他的运动和变化，这样它几乎已退化为某种抽象的标志。除了作为电磁波的荷载物和绝对参照系，它已失去所有其他具体生动的物理性质，这就又为它的衰落创造了条件。

神奇的以太困扰着19世纪的物理学家，成了物理学界最大的难题，就在这时，美国物理学家迈克尔逊首资助成功地做了证实以太存在与否的以太漂移实验。

他的第一次是在以太漂移实验1881年。他想，按照菲涅耳的观点，如果认为以太是静止的湖面上航行一样。这样，在地球上就似乎应该测出地球相对于以太的漂移速度，他自己设计制造了干涉仪，以求显示地球相对以太参照系运动所引起的效应，并由此测定地球相对以太参照系的速度。但得出的结果却令他目瞪口呆，与预想恰恰相反的结果：不管光线向哪个方向传播，光的速度总是每秒30万公里。这说明以太不存在，光速不变。

这个实验结果可从菲涅耳理论得到解释，根据菲涅耳运动媒质中的光速公式，当实验精度只达到一定的量级时，地球相对以太参照系的速度在这些实验中不会表现出来，而当时的实验都未达到此精度。为了测出地球相对以太参照系的运动，实验精度必须达到很高的量级。

迈克尔逊也没有立即相信自己的实验结果，他怕仪器不精，测不出极其微弱的光行差来，于是他着手改进仪器。1887年，他用改进过的能够准确测出植物一秒钟生长量的仪器，和美国化学家莫雷一起进行了又一次特别精巧的实验，但得到的结果仍然是否定的，即地球相对以太还是不运动。

他们把仪器安置于浮在水银面上的一块石板上，使仪器能够十分平滑地随意转动。他们使光束射出方向与地球运动的方向成各种不同的角度，结果光速仍然不变。不管他们将仪器对准哪个方向，不管他们重复实验多少次，结果都是毫无差别。

此后其他的一些实验亦得到同样的结果，于是以太进一步失去了作为绝对参照系的性质。这一结果使得相对性原理得到普遍承认，并被推广到整个物理学领域。

这次实验首次成功地对以太存在说提出质疑，并为爱因斯坦建立狭义相对论开辟道路。

在19世纪末和20世纪初，虽然还进行了一些努力来拯救以太，但在狭义相对论确立以后，它终于被物理学家们所抛弃。人们接受了电磁场本身就是物质存在的一种形式的概念，而场可以在真空中以波的形式传播。

量子力学的建立更加强了这种观点，因为人们发现，物质的原子以及组成它们的电子、质子和中子等粒子的运动也具有波的属性。波动性已成为物质运动的基本属性的一个方面，那种仅仅把波动理解为某种媒介物质的力学振动的狭隘观点已完全被冲破。

对以太的错误认识最终导致了狭义相对论的产生。

相对论是德国的爱因斯坦提出的。1905年，26岁的爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》，创立了狭义相对论，成为物理学发展史上划时代的杰作。

在狭义相对论中，爱因斯坦认为，以太不是必要的。爱因斯坦从光速不变原理和狭义相对性原理这两条基本原理出发，推导出了一系列崭新的物理学和哲学结论，这些结论主要有：

（1）抛弃了以太假说，否定了绝对时间和绝对空间的概念；

（2）物体的质量与物体运动速度有关，物体运动速度越快，其质量也越大；

（3）物体的能量与质量有关，原子内部蕴含着巨大能量，人类有利用这种能量可能性；

（4）光速是运动的极限速度，一切物体运动的速度都不可能超过光；

（5）当物质在高速运动情况下，会发生钟慢尺缩效应。

虽然爱因斯坦的这些推论不免有些违背了人们认识自然时由已知推断未知的一贯原则，但却能够解释迈克尔逊-莫雷的实验结果，受到了人们的极力推崇。但爱因斯坦本人仍深感不完备，于是继续研究广义相对论问题，经潜心研究于1916年发表了《广义相对论基础》一文，标志广义相对论的正式诞生。广义相对论的基础是广义相对性原理和等价原理。广义相对论指出：引力场和加速运动都是改变时空结构的原因，物质、运动、引力、时空都是有机联系，辩证统一的。

现实存在的空间不是平坦的欧几里得空间，而是弯曲的黎曼空间，空间的曲率体现着引力的强度。他还从广义相对论作出了可供验证的三个推论，即水星近日点的进动；引力场会使光线偏转；光谱线的引力红移。爱因斯坦的相对论认为单独的空间改变或单独的时间改变都是不可能的。空间和时间的变化是必然地联系在一起的。不仅如此，时空的变化和时空结构又与物质的运动和姿态不可分离。这种新的时空观、运动观、物质观对整个自然科学和哲学均产生了极大的影响。

然而人们的认识仍在继续发展。到20世纪中期以后，人们又逐渐认识到真空并非是绝对的空，那里存在着不断有虚粒子的产生以及随后湮没这样的涨落过程。这种真空涨落是相互作用着的场的一种量子效应。

今天，理论物理学家进一步发现，真空具有更复杂的性质。真空态代表场的基态，它是简并的，实际的真空是这些简并态中的某一特定状态。目前粒子物理中所观察到的许多对称性的破坏，就是真空的这种特殊的取向所引起的。在这种观点上建立的弱相互作用和电磁相互作用的电弱统一理论已获得很大的成功。

随着天文观测的不断发展，一些宇宙局部引力异常、暗能量等现象的发现，又需要真空中充满某种神秘的物质。

早在1920年，爱因斯坦就撰文指出："依照广义相对论，空间已经被赋予物理性质；因此，在这种意义上说，存在着一种以太。依照广义相对论，一个没有以太的空间是不可思议的。“爱因斯坦的新以太观认为:"广义相对论的以太是这样的一种媒质,它本身完全没有一切力学和运动学的性质,但它却参与对力学和电磁学事件的决定。”

不难看出，机械的以太论虽然死亡了，但以太概念的某些精神——不存在超距作用、不存在绝对空虚意义上的真空等仍然活着，并具有旺盛的生命力。

随着科学技术的不断发展，人们认识事物的能力不断提高，更多的人们开始注意到，相对论对迈克尔逊-莫雷实验的解释不是唯一的，并且进一步发现了相对论学说的一些错误观念。20世纪实际的科学工作者们开始重新研究以太所必须的物理属性。虽然目前对以太的争议仍然很多，但仍然可以见到有关如下这些性质的描述：

（1）以太是一种实在的粒子，以一种超气体形式存在；

（2）以太不会大量渗透到物体中，甚至也不能渗透到空气中；
（3）以太在太空中的分布是不均匀的；

（4）以太对星体的运行会产生一定的阻力；

（5）以太可被运动物体进行附层面拖拽；

（6）以太是光线和引力的传播媒介。