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以太讨论帖①：共探“以太”（西陆陈诚） 引言：光速不变原理“被证实”之说，实际上已经预示了某种有意无意的相对论时空观复古倾向，作为类似倾向的预防，笔者认为有必要对新的“以太观”进行探讨。此外的事实上，人类的认知发展到今天后，不少前沿理论的解释几乎都要牵涉“以太”问题或类似问题，而回避此类问题时，则便将会意味着客观上的人类认知的某种停滞不前!! 以太，一个具有传奇色彩的古老名词，过去，它曾经使无数科学家为之兴奋和颓废，今天，它又在重新使无数学者和科学家为之伤脑筋。以太，这个似乎有点神秘的东西，它究竟是什么？宇宙中有这种东西存在吗?? 古希腊中的以太，它指的是青天或上层大气。后来有人又用以太表示占据宇空的物质。17世纪的笛卡尔认为，物体之间的所有作用力都必须通过某种媒质来传递，不存在任何超距作用，因此空间不可能是空无一物的，它应该被“以太”这种媒质所充满。 太阳光从宽阔的空间地带“真空”传播到地球，惠更斯认为，荷载光波的媒介物质“以太”应该充满包括真空在内的全部空间，并能渗透到常规物质之中去，进一步，惠更斯还用“以太”来说明引力的现象。 牛顿虽然不同意光波说，但他也反对超距作用，并承认“以太”的存在。牛顿认为，以太不一定是单一的物质，因而它能传递各种作用（如传递振动），并能产生电、磁和引力现象等。 18世纪后期，有人证实了电荷及磁极之间的作用力同样都是距离平方反比律，于是超距作用的观点在电磁学中占了主导地位，以太概念便在电磁学领域被淡忘（这时期光的波动说也被放弃了，微粒说得到广泛的承认）。 19世纪，托马斯·杨用光波的干涉现象解释了牛顿环，并在实验的启示下提出了光波为横波的新观点，解决了波动说长期不能解释的光偏振问题困难。菲涅耳也成功解释了光的衍射现象和光的直线传播现象等，并根据杨的光波为横波学说和他自己的“以太”观，推出了关于反射光和折射光振幅的著名公式，“以太”论又获得了复兴和发展。后来法拉第引入“力线”来描述磁作用和电作用，并认为力线是客观的，力线充满了空间，光和热可能就是力线的横振动，并提出用力线来代替以太。19世纪60年代，出现了被称为麦克斯韦方程组的电磁场规律的描述及电磁波速度的理论值。麦克斯韦提出“光就是产生电磁现象的媒质（指以太）的横振动”，后来赫兹用实验方法证实了电磁波的存在，光的电磁理论成功解释了光波的性质，“电磁以太”与“光以太”便被认为是统一的。麦克斯韦还设想用以太的力学问题来解释电磁现象，此后“以太”在电磁学中便获得了主要地位。19世纪90年代，洛伦兹提出物质的电磁性质同原子相联系的电子效应，认为物质中的以太同真空中的以太在密度和弹性上并无区别等。19世纪末，以太论进入鼎盛时期。 如果以太存在，则应能用实验测出地球相对以太参照系的运动，且实验精度应达到很高的量级。19世纪80年代，迈莫实验第一次达到了这个精度，但结果跟过去相同仍然是否定的，此后的类似实验亦得到同样的结果，于是以太失去了作为绝对参照系的根据。这使得相对论原理得到普遍承认，并被推广到整个物理学领域。 20世纪初，虽然有人进行了一些努力来拯救以太，但相对论确立后，以太终于被物理学家们抛弃。人们接受了电磁场就是物质形式的概念，并认为“场”可以在真空中以波的形式传播。由于人们发现原子、电子、质子和中子等粒子的运动也具有波属性，因而仅仅把波理解为媒质力学振动的狭隘观点已被完全冲破，从而量子力学便加强了这种“波”的观点。 20世纪中后期，人们逐渐认识到真空并非绝对地空无一物，“真空”中存在着不断的涨落过程，这种涨落就是相互作用着的“场”的一种量子效应。 今天，人们发现“真空”非但不空，并且具有更复杂的性质。这个发现应该说它就是“光速不变原理”的克星!！ 显然，限于人类认知发展的历史原因，故过去的以太论应有其失败的一天，但应该看到，事实上由于“真空不空”，所以至少以太论将仍然会有其复兴之日，淘汰掉“旧以太论”的不合理部分后，相信“新以太论”将会具有旺盛的生命力，愿网友展开自己独到的想像翅膀，来与笔者共同去迎接这一新理论的明天!！（待续） |