2 月 21 日

“以太”的兴衰

“以太”是作为一种特殊的物质被引进物理学的，最先赋予它力学性质的是法国科学家笛卡尔。他为了解释万有引力现象，认为空间不是虚无的，物体之间所有的作用力都是通过以太这一媒质的形变和运动来传递的，不存在任何超距作用。后来，胡克和惠更斯提出了光的波动学说，以太又成了光波的传播媒质。由于任何真空对于光都是透明的，因此以太充满整过空间。

十八世纪，由于牛顿关于光的微粒说在当时得以广泛承认，以及万有引力定理在天体物理学中的巨大成功，超距作用这一观点风靡十八世纪， “以太”说几乎被人忘却了。

十九世纪初，托马斯·杨的干涉实验以及菲涅耳的衍射理论，有力地支持了光的波动说，使波动说得以复兴，以太又成了物理学不可缺少的一种客观实在。随着电磁学的发展，以太又被引进了电磁学。

但是，要解释光和电磁现象，必须赋予以太一些奇妙的性质。其中最根本的一条就是存在一个绝对静止的参照系，以太相对它是静止的。由于地球是运动的，因此，在地球表面应该存在“以太风”，即以太和地球具有相对运动。这样，“以太漂移”的实验就被广泛地进行着。

最早的“以太漂移”实验是 1725 年英国天文学家布莱德雷所发现的光行差现象。他发现从地球观测一些恒星（特别是天龙座γ的恒星），其位置具有明显的周期变化，周期为一年，因此，望远镜的方向也要作相应的周期改变。由于地球公转速度 v＝30 公里，光速为 c，所以望远镜的倾角

? 满足：

tgα＝ v

c

求得? 为 20.5＂，这一结果与实际观测完全相符。这一结论意味着，太阳相对于以太静止，地球以 30 公里／秒在以太中自由穿行，对以太毫无拖曳。

1851 年，菲索设计了其著名的流水实验，他测得光在运动速度为 V 的水中的传播速度为

c c

＇＝ n ±0.434v。

这与 1818 年菲涅耳导出的光在相对以太运动的透明物体中的速度公式

c′＝ c ± （1－ 1 ）vcosθ

n n2

完全一致。菲索实验被看是一个判据：以太是存在的，渗透到一切物体之中，被物体部分地拖曳，但却不受大气运动的影响。

1881 年迈克尔逊设计了著名的迈克尔逊干涉实验，他原本想测出以太

相对于地球的运动速度，但他 1881 年的实验却得出了“零结果”，这使他

大失所望。后来在瑞利等的鼓励下，他于 1887 改进了其实验装置，使光路的长度达到了十一米，而且还大大改进了实验装置的稳定性。根据理论计算，他应该观测到δ＝0.4 的条纹移动，但这次实验结果仍然是δ＝0。后

来，人们进一步改进实验装置，进行了多次实验，得到的仍然是“零结果”， 人们不得不放弃以太观。相对论诞生之后，“以太”这个物理学中的“幽灵”终于消亡了。