以太介绍

以太网是一个历史名词，它的含义也随着历史的发展而发展。在古希腊，以太指的是天空或高层大气。在宇宙学中，它有时被用来指占据天体空间的物质。17世纪的笛卡尔是一位哲学家，他对科学思想的发展产生了巨大的影响。他是第一个把泰引入科学并赋予它一些力学性质的人。

根据笛卡尔的观点，物体之间的所有力都必须通过某种中间媒介物质来传递，并且不存在超距离效应。因此，空间不能是空的，它充满了介质物质，如乙醚。虽然人类感觉不到以太，但它可以传递力的作用，如磁力和月亮对潮汐的作用力。

后来，以太网在很大程度上也被用作光波的载体，并与光波理论联系在一起。光的波动理论首先由胡克提出，然后由惠更斯进一步发展。在很长一段时间里(直到20世纪初)，人们对波的理解仅限于某种介质物质的机械振动。这种介质物质被称为波的载体，例如，空气是声波的载体。

由于光可以在真空中传播，惠更斯提出，携带光波的介质物质(以太)应该充满包括真空在内的所有空间，并渗透到普通物质中。惠更斯除了是光波的负载之外，还用光来解释万有引力现象。

牛顿不同意胡克的光波理论，但他也反对像笛卡尔那样的超距离效应，并承认以太的存在。在他看来，以太不一定是单一的物质，因此它可以传递各种效应，如产生不同的现象，如电、磁和引力。牛顿也相信以太能传递振动，但以太的振动不是光，因为当时的光波理论不能解释光的偏振，也不能解释光为什么以直线传播。

18世纪是以太网衰落的时期。因为法国的卡特西亚人拒绝重力平方反比定律，牛顿的追随者起来反对笛卡尔哲学体系，从而加入了他所倡导的以太理论的反对阵营。

随着重力平方反比定律在天体力学中的成功和在寻找以太中未能获得实际结果，超距效应的想法变得流行起来。光的波动理论也被抛弃了，粒子理论被广泛认可。到18世纪晚期，人们证实电荷之间(和磁极之间)的力也与距离的平方成反比。因此电磁以太网的概念也被抛弃，超距离效应的观点也在电学中占据了主导地位。

19世纪，以太网得到复兴和发展，它始于光学，主要是由于托马斯·杨和菲涅尔的工作。杨用光波的干涉来解释牛顿环，并在实验的启发下，于1817年提出光波是剪切波的新观点，解决了波动理论长期不能解释光的偏振难题。

菲涅耳用无源理论成功地解释了光的衍射现象。他的理论方法(现在通常称为惠更斯-菲涅尔原理)可以正确地计算衍射图样并解释光的线性传播。菲涅耳进一步解释了光的双折射，并取得了巨大的成功。

1823年，根据杨的光波是剪切波的理论和他自己在1818年提出的透明物质中醚的密度与其折射率的二次方成正比的假设，他提出了一个著名的在一定边界条件下反射光和折射光的振幅公式，很好地说明了布鲁斯特几年前的实验结果。

菲涅耳在以太网上的一项重要理论工作是推导光在相对于以太网参照系运动的透明物体中的速度公式。1818年，为了解释关于星光折射的实验，他在杨的基础上提出了透明物质中乙醚的密度与物质折射率的二次幂成正比的观点。他还假设，当一个物体相对于以太参照系运动时，只有其中超出真空的那部分以太被该物体驱动(以太部分牵引假说)。利用菲涅耳理论，可以很容易地得到运动物体中的光速。

在19世纪中叶，进行了一些实验来显示地球相对于以太网参照系的运动所造成的影响，从而测量地球相对于以太网参照系的速度，但所有这些实验都产生了负面的结果。这些实验结果可以用菲涅耳理论来解释。根据菲涅尔运动介质中的光速公式，当实验精度只达到一定的量级时，地球相对于以太网参照系的速度将不会在这些实验中显示出来，而当时的实验并没有达到这个精度。

在杨和菲涅尔的工作之后，光涨落理论确立了它在物理学中的地位。后来，以太网也在电磁学中占据了一席之地，这主要归功于法拉第和麦克斯韦的贡献。

在法拉第看来，功能是逐渐传递的观点有着非常强的地位。他引入力线来描述磁和电的功能。在他看来，力线存在于现实中，空间充满了力线，光和热可能是力线的横向振动。他曾提出用力线代替以太，并认为物质原子可能是聚集在点状中心附近的力线场。他在1851年再次写道:“如果你接受光之以太的存在，那么它可能是力线的负载。”但是法拉第的观点当时没有被理论物理学家接受。

到19世纪60年代初，麦克斯韦提出了位移电流的概念，并提出用一组微分方程来描述电磁场的一般规律。这组方程后来被称为麦克斯韦方程。根据麦克斯韦方程，可以推导出电磁场的扰动以波的形式传播，电磁波在空气中的速度为315，000公里/秒，在实验误差范围内与当时已知的光速315，000公里/秒是一致的。

麦克斯韦在指出电磁干扰的传播类似于光的传播之后写道:“光是产生电磁现象的介质(称为以太)的横向振动”。后来，赫兹通过实验方法证实了电磁波的存在。光的电磁理论成功地解释了光波的本质，因此以太网不仅在电磁学上取得了地位，而且将电磁以太网与光以太网统一起来。

麦克斯韦还想象用太多的机械运动来解释电磁现象。在他1855年的论文中，他将磁感应与以太的速度进行了比较。后来他接受了唐木孙(开尔文)的观点，把它改为磁场旋转，电场平移。

他认为以太围绕磁力线旋转，形成涡旋元素，在相邻的涡旋元素之间有一层电荷粒子。他还假设，当这些粒子偏离它们的平衡位置时，会有一个位移，这将在涡旋元件中的物质上产生一个力，从而引起涡旋元件的变形，这代表了静电现象。

电场与位移有某种对应关系的想法并不完全是新的。唐木荪曾把电场比作乙醚的置换。此外，法拉第早些时候提出，当绝缘物质置于电场中时，其中的电荷会移动。麦克斯韦和法拉第的区别在于，他认为无论是否有绝缘材料，只要有电场，就会有以太网电荷粒子的位移，位移的大小与电场的强度成正比。当带电粒子的位移随时间变化时，就会形成电流，这就是他所说的位移电流。对麦克斯韦来说，位移电流是真正的电流，但现在我们知道只有一部分(极化电流)是真正的电流。

在此期间，其他以太网模型也相继建立，但以太网理论也遇到了一些问题。首先，如果光波是横波，以太网应该是弹性固体介质。那么为什么天体的运动没有阻力呢？有人提出了一种解释:以太网可能是一种像蜡或沥青一样的塑料，它有足够的弹性，可以像固体一样像光一样快速振动，像天体一样缓慢流动。

此外，在弹性介质中，除了横波之外，还应该有纵波，但实验表明，如果没有纵波，如何消除以太网的纵波，以及如何获得推导反射强度公式所需的边界条件，是各种以太网模型中长期存在争议的问题。

为了满足光学的需要，人们假设以太网具有一些非凡的特性，如1839年的麦库拉模型和柯西模型。此外，由于折射率对于不同的光频率也是不同的，所以对于不同的频率，阻力系数也是不同的。这样，每个频率的光都必须有自己的以太网等等。以太网看似矛盾的本质超出了人们的理解。

19世纪90年代，洛伦兹提出了一个新概念。他将物质的电磁特性归因于电子与原子的作用。至于物质中的醚，它在密度和弹性上与真空中的醚没有区别。他还假设物体的运动不会驱动以太运动。然而，当物体中的电子与物体一起运动时，它们不仅受到电场的力，而且还受到磁场的力，当物体运动时，物体中会出现电介质运动电流，运动物质中电磁波的速度与静止物质中电磁波的速度不同。

在考虑了上述影响之后，洛伦兹还推导出了运动物质中光速的菲涅耳公式，而菲涅耳理论所遇到的困难(不同频率的光有不同的以太)则不复存在。洛伦兹可以根据束缚电子的受迫振动推断折射率随频率的变化。洛伦兹的上述理论被称为电子理论，并取得了巨大的成功。

19世纪末可以说是以太网的全盛时期。然而，在洛仑兹理论中，除了负载的电磁振动之外，以太没有其他运动或变化，因此它几乎退化成某种抽象的符号。除了作为电磁波的载体和绝对参照系，它还失去了所有其他具体而生动的物理性质，这为它的衰落创造了条件。

如上所述，为了测量地球相对于以太网参照系的运动，实验精度必须达到非常高的数量级。到了19世纪80年代，迈克尔逊和莫雷进行的实验第一次达到了这个精度，但结果仍然是否定的，也就是说，地球没有相对于以太运动。此后，其他实验也获得了相同的结果，因此以太网进一步失去了作为绝对参照系的性质。这一结果使相对论得到了广泛的认可，并扩展到了整个物理领域。

在19世纪末20世纪初，尽管人们为拯救以太做了一些努力，但在狭义相对论建立后，以太最终被物理学家们抛弃了。人们已经接受了电磁场本身是一种物质存在形式的概念，并且电磁场可以在真空中以波的形式传播。

量子力学的建立强化了这一观点，因为人们发现物质的原子以及组成它们的电子、质子、中子和其他粒子的运动也具有波的性质。波动性已经成为物质运动的基本属性之一，只有波动被理解为某种介质物质的机械振动的狭隘观点已经被彻底突破。

然而，人们的理解在继续发展。20世纪中叶以后，人们逐渐意识到真空不是绝对的，有一个连续的波动过程(虚拟粒子的产生和随后的湮灭)。这种真空波动是相互作用场的量子效应。

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，而实际的真空是这些简并态之一。目前，在粒子物理学中观察到的许多对称断裂都是由真空的这种特殊“取向”引起的。在这种观点下建立的弱相互作用和电磁相互作用的电弱统一理论取得了巨大的成功。

这样，尽管机械以太理论已经死亡，以太概念的一些灵魂(没有超距离效应，绝对空虚感中没有真空)仍然活着，并具有强大的生命力。