“以太”这个概念在两千多年前就已形成了，古希腊大哲学家亚里士多德（公元前384～前322）认为：天体间一定充满着某种看不见的媒质，当时就称这种媒质为“以太”。^[1]①

“17世纪法国的笛卡尔（1596～1650）是一个对科学思想的发展有重大影响的哲学家，他最先将以太引入科学，并赋予它某种力学性质。……真空是不可理解的，物体之间的所有作用力都必须通过直接物体接触或通过某种中间媒介物质来传递，不存在任何超距作用。因此，空间不是空无所有的，而是被以太这种媒介物质所充满。以太虽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。”^[2] 笛卡尔还认为，光是一种波动，是“在完全弹性的、充满一切空间的媒质（以太）中传递的。”^{[1] ②}

笛卡尔的“以太论”，为当时许多物理学家所接受。

牛顿（1642～1727）在1674年之前主张“光的微粒说”，但在受到胡克和笛卡尔-惠更斯学派的有力批评之后，牛顿开始向“以太论”妥协，而且，牛顿“向以太说的妥协由光学扩展到了整个物质观方面”。^[3]① “牛顿的重力观点转向以太效应，即重力是由以太密度差异产生的压力差引起的，而不是以太旋涡造成的离心力。这种解释固然可以使重力的产生和传递的原因相一致，但是，这是既无法用实验证明也难以用数学论证的假设，在牛顿看来仍是不可取的”。^[3]② 不过牛顿并未就此放弃以太，“1717年牛顿发表了《光学》的第二版，并且附加了《疑问17～24》。在这些疑问中，牛顿都围绕着以太提出问题…… [探索]是否可以用以太介质做出解释。”^[3]③

许多人都误认为牛顿的引力理论意味着承认“超距作用”，牛顿反驳：“如果…… 一个物体可以通过真空而没有其他东西的中介，超距作用到另一个物体上，……对我来说是极其荒谬的，我相信没有一个在哲学上有思考能力的人，会陷入这种谬论之中。”^[3]④ 爱因斯坦则客观地指出：“牛顿所最强烈反对的是一种能够自己在空虚空间中传递的力的概念。牛顿希望用以太来把超距作用归结为接触力。”^[4]①

爱因斯坦分析：“物理学家在那个从日常生活抽象出来的有重物质观念之外，为什么还要建立起存在另一种物质——以太的观念呢？其理由无疑在于引起超距作用力理论的那些现象，以及导致波动论的光的那些性质。”^[5]①

简言之，“以太”是另一种无形的物质，它可以帮助物理学家理解“力的超距作用”和“光的波动性”。

因此，有不少物理学家一直都期盼找到以太。

1864年，麦克斯韦>（1831～1879）建立了一套能完美描述电磁学基本定律的理论——麦克斯韦方程组>，由麦克斯韦方程组>可导出真空中电磁波的传播速度是一个普适常量c。从历史观点看，过去并不知道这个常量c就是光速，但“从数值上看，这个常量c与已测得的光速吻合得相当好，由此麦克斯韦得出这样的结论，光也是一种电磁波，c就是光在真空中的传播速度。”^[6]① “赫兹等人所做的大量实验事实从各方面证实了光确是一种电磁波。”^[6]②

英国物理学家霍金（1942～2018）指出：从此，“才有了光传播的真正的理论”。^[7] 这就意味着，光是一种“波”的观念，从此才真正压倒了光的微粒说，逐渐地占了上风！更多的人更加认定，真空中不可能不存在传播光的媒质——以太！

在《大英百科全书》第九版中，麦克斯韦给以太下了个定义：“以太是一种比可见物体更难以捉摸的物质，被假定存在于看上去是真空的空间中。……不管我们形成以太的想法有多困难，无可怀疑的是，星际空间不是空的，而是由一种物质或物体占有着，它也许是我们所知道的最大的，也许是最均匀的物体”。^[2]

另一方面，根据“运动的相对性”，大家都坚信，我们只能参照其他物体来量度速度。那么，真空中恒定的光速c是相对于何物而言的呢？

霍金指出：“如果假定光是以固定的速度传播，人们必须说清这固定的速度是相对于何物来测量的。这样人们就提出，甚至在‘真空’中也存在一种无所不在的称为‘以太’的物质。正如声波在空气中一样，光波应该通过这以太传播，所以光速应是相对于以太而言的。”^[7] 以麦克斯韦、洛伦兹为首的许多物理学家一直都坚持这样的观点。^[8]①

可见，在很多物理学家的心目中，“以太”不仅仅是传播“光”的媒质，也是传递“万有引力”的介质，而且，还是“光速恒定”的“参照物”！

显然，到了十九世纪后半叶，笛卡尔的“以太论”明显地获得了新的坚实的支持，所以，物理学家们当然就比先前更加热衷于探寻“以太”了。

然而，“以太”依旧是无迹可寻。

不过，探寻“以太”也不是毫无进展，大家对运动物体能否曳引“光以太”总算是有了共同的认识：

◆ 1728年，布拉德雷（1693～1762）发现了光行差现象——为了能看到天顶附近的恒星，不能将望远镜绝对竖直地放置，而必须将望远镜轴线调整到偏向地球的公转运动方向，向前倾斜20.5’’ 角度，望远镜的轴线在一年中将描画出一个光行差圆锥。^[9]①

爱因斯坦认为：“只有假设地球表面的以太不参与地球绕太阳的运动，光行差现象才能得到满意的解释。”^[10]① 普遍认为，光行差现象证明了“以太未被地球拖曳”。^{[9] ①}

◆ 1818年菲涅尔（1788～1827）提出了“部分曳引假说”，即真空中的以太是绝对静止的，“透明物体”运动时，光可以部分地被这一“透明物体”曳引：曳引系数k = 1 - 1/n² ，其中n为“透明物体”的折射率。^[1]④ 爱因斯坦指出：这“也就是说，不折射光的流体的运动对于穿过它的光的传播速度没有影响。这个结果必定导致光以太根本不参与物质运动的概念”。^{[10] ①}

1851年斐索（1819～1896）做了一个重要的实验——比较流水中正向与反向的光速，“进一步证实了菲涅尔的部分曳引假说，从而使这一假说成了以太理论的重要支柱”。^[1]④

“斐索实验可以简单地用以太既不为仪器拖曳又不为仪器中运动的水拖曳这种说法给以解释，部分曳引是由于折射媒质的运动所致”。^[9]② 而且，“斐索实验的结果可以看作是对恒星光行差观测的加强支持。两种实验结果均能通过下面的假定予以解释：运动物体并不把它的任何运动速度传给以太，不论是物体内部的以太还是外部的以太。”^[11]①

“菲涅尔以太理论假说”被证实后，大家都非常乐观——找到以太应该是指日可待了！

年青时的爱因斯坦同其他物理学家一样，“并不怀疑以太的存在，不怀疑地球相对以太的运动”。^[1]⑤

然而“以太”的好景不长——

◆ 物理学家普遍认为，既然光行差现象和斐索实验都证明运动的物体不能拖曳以太，而地球又在公转轨道上以30公里/秒的速度运行，那么，在地球上就应该能检测到“以太风”。

在麦克斯韦的关心和激励下，迈克尔逊（Michelson，1852～1931）发明出一种空前灵敏的干涉仪——用两束彼此垂直的相干光来比较光速，他确信可以根据干涉条纹的位移推算出这以太风速。但起初的实验精度仍不够理想。

在开尔文和瑞利的鼓励和催促下，迈克尔逊又邀请莫雷一起，进一步改进了干涉仪实验，把精度提高到可以分辨0.01个条纹间距的位移。根据理论推算，由地球公转引起的条纹位移最大应为0.4个条纹间距。^[1]④

1887年，迈克尔逊和莫雷连续4天进行实验，却始终观测不到预期的条纹位移。^[1]④ 为了排除季节因素，过了半年以后，他们又做了一次观测，结果仍然没有发现预期的条纹位移。

迈克尔逊-莫雷实验的结果公布后，几乎所有的科学家都膛目结舌！

这个结果就是爱因斯坦所说的“迈克尔逊的零结果”。普遍认为，这个零结果对“菲涅尔以太理论假说”是一个致命打击。^[1]④

1922年爱因斯坦在日本京都大学的演讲中回忆：最初“我并不怀疑以太的存在，不怀疑地球相对以太的运动……如果承认迈克尔逊的零结果是事实，那么地球相对于以太运动的想法就是错的，这是引导我走向狭义相对论的第一步。”^[1]⑤

但是，迈克尔逊和莫雷坚信以太理论，他们倾向于用英国物理学家斯托克斯（Stokes，1819～1903）的“完全曳引假说”来解释这个零结果。^[1]④

◆ 1845年，斯托克斯提出了黏性流体运动理论，次年，他用这一理论解释了光行差现象：“紧挨着地球的以太应当整个地同地球一起运行，围绕地球的以太云在地球沿轨道运动时为地球所完全裹携走。不过，这云的各层是以不同的速度在运行的：云层离开地球越远，它的速度就越小……这正确解释了所观察到的光行差”。^[12]

迈克尔逊和莫雷依此认为，既然紧挨着地球的以太整个地同地球一起运行，那么地表当然不会有以太风，斯托克斯的假说能够合理地解释为什么既存在光行差现象，又有迈克尔逊-莫雷实验的零结果。

不幸的是，斯托克斯的“完全曳引假说”随后就受到了有力的“否定”！

◆ 普遍认为，从斯托克斯假说出发，必然会引出一个结论，即在运动物体表面会有一速度梯度的区域，在运动物体附近，总可以察觉出这一效应。于是英国物理学家洛奇（Lodge，1851～1940）在1892年做了一个钢盘高速转动实验，专门用以检测这一效应。但洛奇的实验证实：紧挨着钢盘的以太，完全没有被高速转动的钢盘带动，这一结果导致人们对斯托克斯的假说失去了信心。^[1]④

反正，种种实验结果都相互矛盾！爱因斯坦归纳：“所有以太的假设都一无是处！实验的判决总是否定的。……我们想使以太成为实在的东西的一切努力都失败了。……经过这么多的失败之后，现在应该是完全丢开以太的时候了，以后再也不要提起它的名字了”！^[13]①

可见爱因斯坦抛弃以太是何等的彻底，甚至连以太的名字都不许大家再提起了！

1905年，爱因斯坦在创立狭义相对论的划时代论文——《论动体的电动力学》中大胆断言：“‘光以太’的引用将被证明是多余的”！^[14]

爱因斯坦还在1909年德国自然科学家协会第81次大会的报告中再一次强调：“只有当人们抛弃了以太假说，才能得到一个令人满意的理论”。^[4]②

毫无疑义，不“抛弃”以太，就不可能“得到一个令人满意的”狭义相对论！！！

然而，否认以太的存在，就使得光的传播缺失了媒质，光速恒定也没有了参照物！万有引力也就成了超距作用力！

因此，不少世界顶级物理学家都强烈反对“抛弃”以太。

美国第一个诺贝尔物理奖得主迈克尔逊，“至死还念念不忘‘可爱的以太’，认为相对论是一个怪物”！^[1]③

……

不过，随着相对论的“节节胜利”，以太终于被主流物理学界彻底抛弃了！

令人诧异的是，在创立了“广义相对论”之后，爱因斯坦竟然又想要“复活”这个已被自己枪毙了的以太！

1917年，德国物理学家菲利普·雷纳德（philipp Lenard，1862～1947）（1905年诺贝尔物理奖获得者），提出了“基于以太的引力理论”，^[10]② 1920年9月23日，他又同爱因斯坦进行了公开的面对面论战，雷纳德宣称：“我的信念可以归纳为：①最好停止宣布‘废除以太’；②我一直认为相对性原理限制了引力原理；③超光速看来对相对性原理造成了困难”。^[10]③

正是由于诺贝尔物理奖获得者——雷纳德的积极参与，当年的德国掀起了一个批评相对论的小高潮，^[10]② 爱因斯坦的“废除以太”主张受到了前所未有的挑战。

另一方面，荷兰莱顿大学教授洛伦兹（1902年的诺贝尔物理奖获得者），终身极力反对“废除以太”，但他也很赏识爱因斯坦的才华，举荐爱因斯坦到莱顿大学任教（爱因斯坦很心仪该职），在获批准之前，“1919年10月爱因斯坦访问莱顿期间，洛伦兹劝他向公众谈谈他目前对以太的看法”。^[5]②

更重要的是，在创立了广义相对论之后，爱因斯坦自己也发现：“依照广义相对论，一个没有以太的空间是不可思议的；因为在这样一种空间里，不但光不能传播，而且量杆和时钟也不可能存在，因此也就没有物理意义上的空间-时间间隔。”^[5]②

上述原因，都促使爱因斯坦在1920年前后认真反思自己的“废除以太”主张。

1920年1月22日，爱因斯坦已初步认识到：“我在1905年的见解是，人们不应当在物理学中再谈论以太。……这个判定是太激进了。”^[10]④ 他接着宣称：“我们可以说，以太在广义相对论中已经复活了。”^[10]⑤（请注意，爱因斯坦用的是“复活”一词）

而到了1920年10月27日，爱因斯坦终于彻底放弃了“废除以太”主张——他在莱顿大学的就职演讲《以太和相对论》中宣称：“更加精确的考察表明，狭义相对论并不一定要求否定以太。”^[5]③“否认以太的存在，最后总是意味着承认空虚空间绝对没有任何物理性质。这种见解不符合力学的基本事实。”^[5]④

既然“否认以太的存在……不符合力学的基本事实”，那当然意味着不仅仅是在广义相对论中，而是在所有的力学理论中，都不能否认以太的存在！

如此，岂不是等于完全皈依了笛卡尔的“以太论”了吗？有人怀疑，这会不会只是爱因斯坦急于应对雷纳德的挑战而一时糊涂？

否！又经过了三十多年的思考，1952年，他在《狭义与广义相对论浅说》新增的附录五中强调：“要人们把一般的空间尤其是一无所有的空间，视为具有物理实在性，的确是一种苛刻的要求。自远古以来哲学家们就一再拒绝作这样的假设。笛卡尔曾大体上按照下述方式进行论证：空间与广延性是同一的，但广延性是与物体相联系的；因此，没有物体的空间是不存在的，亦即一无所有的空间是不存在的。……广义相对论绕了一个大弯仍旧证实了笛卡尔的概念。”^[16]① 他还进一步指出：“一无所有的空间，亦即没有场的空间，是不存在的。……因此，笛卡尔认为一无所有的空间并不存在的见解与真理相去并不远。”^[16]②

可见，爱因斯坦想要“复活”笛卡尔以太，决非一时糊涂！

爱因斯坦在莱顿大学的就职演讲《以太和相对论》中，比较集中地阐述了他对“复活以太”的思考。他先逐个分析了麦克斯韦以太、洛伦兹以太、牛顿以太等等，然后，定义了一种新的广义相对论以太——“广义相对论的以太是这样一种媒质，它本身完全没有一切力学的和运动学的性质，但它却参与对力学（和电磁学）事件的决定。……人们也的确可以说，广义相对论以太是把洛伦兹以太加以相对论化而得出的。”^[5]⑤

但是，爱因斯坦并没告诉我们，洛伦兹以太究竟是什么？更没告诉我们，把洛伦兹以太加以相对论化而得出的广义相对论以太又是什么？

《以太和相对论》的最后结论是，“我们可以总结如下：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；因为在这样一种空间里，不但光不能传播，而且量杆和时钟也不可能存在，因此也就没有物理意义上的空间-时间间隔。但是又不可认为这种以太会具有那些为有重物质所特有的性质，也不可认为它是由那些能够随时间追踪下去的粒子所组成的；而且也不可把运动概念用于以太。”^[5]②

该总结，明显与前文相矛盾——他在前文中早已肯定：“更加精确的考察表明，狭义相对论并不一定要求否定以太”；^[5]③“否认以太的存在，最后总是意味着承认空虚空间绝对没有任何物理性质。这种见解不符合力学的基本事实。”^[5]④ 这当然意味着，无论依照狭义相对论，还是广义相对论，空间中都应该存在以太！在总结时再添加上“依照广义相对论……存在着一种以太”这个前提，岂不是前后矛盾？

这个前后矛盾，应该是透露了爱因斯坦内心的纠结。

料想，爱因斯坦非常清楚，如果不否定以太，就不可能得到狭义相对论！^[4]② 而否定以太，又“不符合力学的基本事实”，复活以太当然势在必行。但是，如果这个曾经被自己枪毙了的以太被简单地复活了，那狭义相对论何以立足？

因此，爱因斯坦必须消除这个复活的以太对狭义相对论的威胁。于是，在总结时又牵强地添加了“依照广义相对论存在着一种以太”这个前提。

即便加上了这个前提，爱因斯坦仍然不放心，所以，又在总结中再一次强调了对以太的三个“不可”——“不可认为这种以太会具有那些为有重物质所特有的性质，也不可认为它是由那些能够随时间追踪下去的粒子所组成的；而且也不可把运动概念用于以太。”

而需要这三个“不可”的理由是什么呢？那是因为，“狭义相对论不允许我们假定，以太是由那些可以随时间追踪下去的粒子组成的，但是以太假说本身同狭义相对论并不抵触，只要我们当心不要把运动状态强加给以太就行了。”^[5]④

换言之，这个复活的以太必须得到“狭义相对论的允许”，这样的“以太”，自然就不会对狭义相对论产生任何威胁了！

但这岂不是循环论证吗？

问题还在于，如此一来，爱因斯坦根本就想象不出这个复活的以太究竟是什么样的东西了——“至于这种新以太在未来物理学的世界图像中注定要起的作用，我们现在还不清楚。……我们不知道，它在构成物质的荷电基本粒子的结构中究竟是不是一种重要的部分。我们也不知道，究竟是不是只在有重物质附近，它的结构才同洛伦兹以太的结构大不相同，以及宇宙范围的空间几何究竟是不是近于欧几里得的。……”^[5]⑤

可见，爱因斯坦对这个复活的以太，充满着前后矛盾、循环论证、不清楚、不知道，根本无法自圆其说。

爱因斯坦“复活以太”当然没能成功！这大概就是现在的教科书，对“爱因斯坦欲复活以太”这一重要史实都闭口不提的重要原因。

希伯来大学、波士顿大学、加州理工学院、普林斯顿大学出版社联合主办了《爱因斯坦全集》，其编辑们在“第七卷序”中“推测”：“度规场是完全合理的物理实在，但绝对空间不是。……度规场既作用于又受制于物质源。老的以太或绝对空间只起作用而不受作用。爱因斯坦现在把这一点说成是马赫批评绝对空间的精髓。这样，爱因斯坦在他的莱顿演讲‘以太和相对论’中就可以把广义相对论的度规场表述为新以太了。”^[10]⑥

不过，这个被编辑们推测出来的新以太——度规场，并未得到主流物理学界的认可。

一直以来，仍有不少物理学家在执着地探寻以太，提出了五花八门的以太假说。中科院物理所的涂涛先生和郭光灿院士，在我国《物理》杂志2018年第9期上发表了文章《真空不空》，对迄今主要的“以太假说”进行了大归纳：

1）“爱因斯坦的相对论给予经典的以太概念以致命的一击，至此，经典的以太论被人们所抛弃。有趣的是，爱因斯坦在晚年时期，为了统一场论，对以太的概念情有独钟，曾亲切地称之为‘我们的以太’。可见，尽管经典的以太概念不正确，但是新的以太概念必将在物理学基本问题中占有至关重要的地位”。2）1927年，狄拉克提出，真空可以看成填满了所有负能量状态的电子形成的大海，……真空的概念在这里得到了一次飞跃。形象地说，某种以太的概念又回来了，不过，是以狄拉克电子海的形式。3）量子电动力学中的真空（一）：真空涨落、兰姆位移和电子反常磁矩。……形象地说，这里的真空是虚的光子和正负电子对的海洋。4）量子电动力学中的真空（二）：真空中存在卡西米尔效应。5）量子规范场论中的真空：真空对称自发破缺、质量的起源和希格斯粒子。6）量子色动力学中的真空：真空凝聚、夸克禁闭。7）量子信息视角下的真空（一）：量子以太与万物起源。华人物理学家文小刚认为，真空是量子比特的海洋，这是一种新形式“以太”论——量子以太。8）量子信息视角下的真空（二）：非局域性、量子纠缠。^[17]

由此可见，现在的主流物理学家仍坚持认为，“相对论”已经给予“经典的以太”以致命的一击，“经典的以太”根本就不应该被“复活”！至于现在许多人仍在探寻的“以太”，他们认为，那只是另外一种“新的以太”，而不是“经典以太”的复活。

不过，笔者的观点与涂涛先生和郭光灿院士的观点不同，笔者认为，爱因斯坦欲复活的这个“以太”，就是先前被他枪毙了的那个“经典以太”！否则，他就不会说，“以太在广义相对论中已经复活了。”^[10]⑤ 如果不是那个被枪毙了的“经典以太”，谈得上是“复活”吗？

尽管爱因斯坦“复活以太”没能成功，但笔者相信，爱因斯坦坚定地想要“复活”以太肯定不是随便说说的——但凡有一丝可能，爱因斯坦也不会去“复活”这个曾经被自己亲手枪毙了的“以太”！况且，他“复活”以太并非毫无进展。

其实，爱因斯坦“复活”以太是取得了重要进展的——

爱因斯坦在莱顿演讲中指出：“如果我们从以太假说的观点来考查引力场和电磁场，那么两者之间就存在着一个值得注意的原则性的差别。没有任何一种空间，而且也没有空间的任何一部分，是没有引力势的；……引力场的存在是同空间的存在直接联系在一起的。反之，空间一个部分没有电磁场却是完全可以想象的；因此，电磁场看来同引力场相反，似乎同以太只有间接的关系，这是由于电磁场的形式性质完全不是由引力以太确定的。”^[5]②

显然，爱因斯坦已经发现：没有任何一种空间，是没有引力势的；引力场同以太有直接关系！

1952年，爱因斯坦在《狭义与广义相对论浅说》新增的附录五中再次指出：“没有物体的空间是不存在的，…… 一无所有的空间，亦即没有场的空间，是不存在的。”^[16]①

根据爱因斯坦的上述认识，应该可以说：实际上他已经发现了“引力场”就是以太。

那么，为什么爱因斯坦始终不说“引力场就是以太”呢？

原因是显然的——根据“以太论”，光速恒定是相对于“以太”而言的！^[7] 若明确了实实在在的“引力场”就是以太，那么，光速恒定就是相对于“引力场”这“一个”特选参考系而言的，而不再是相对于“无数个”相互作匀速直线运动的等价的“惯性系”而言的了。

“特选参考系”的存在，显然违反了狭义相对论的第一条基本原理——相对性原理。爱因斯坦怎么可能违反“相对性原理”而说“引力场就是以太”呢？

然而，我们似乎也不应该轻易放弃爱因斯坦的这个发现——“引力场就是以太”。因为，爱因斯坦还说过：牛顿的“绝对空间”实际上就是以太。受此启发，我们似乎还可以从另一个视角，更合乎逻辑地推断出：引力场就是以太！