先简单的介绍一下以太的基础知识。
这些内容是有心人都能查的到的,是物理史正史中的一部分。在本讲义版中仅做简单介绍,有兴趣的读者可以自行搜索,或者选阅本系列中的科普版本《万物的规则》。
在遥远的古希腊,亚里士多德延续四元素说,在地、风、水、火的基础上添加了以太这种元素,并假设是这种神秘的第五元素组成了天上的一切。以太来自于古典哲学,而后在西方神秘学中表示心灵。
而到了十六世纪科学萌芽,笛卡尔为了解释重力和磁力这类非接触力,将以太这个概念从哲学神秘学引入了经典物理学,认为空间被以太这种物质所填充,形成以太海,重力和磁力这类非接触力正式通过以太海的传递才得以实现,而以太海裹挟着太阳系中的星球绕着太阳旋转。
隔了几十年,有敏锐的科学家发现光具有水波声波的一些特性,似乎光是一种波动,,但自然界中的各种波动都有其介质,那光波的介质是什么?被笛卡尔安置于空间中的以太海又获得了新的功用,它被认为是光的介质。
光的波动性曾被认为是以太存在的重要证据,这时的以太被称为“光以太”。人们能想象光的本质是以太海的波动,引力与磁力也是通过以太海传递,但没人知道以太海是如何运动的,地球上的大海有自己的洋流,那空间中的以太海呢?它是否会周边的物质一起移动?比如流水,或者运动中的星球。
又过了几百年,麦克斯韦整合了电磁学,并整理提出麦克斯韦方程组,这个方程组可以完美描述一切电磁现象。麦克斯韦假设了电磁波的存在,并假设光也是电磁波,而在麦克斯韦看来,以太不只是承载光,它是一切电磁现象的载体,因此,以往的光以太被麦克斯韦更迭为“电磁以太”。
而后便是洛伦兹,洛伦兹将力学也归纳在电磁学中,也因此,力也应当受到电磁以太的约束。
至此,麦克斯韦和洛伦兹认为,以太(电磁以太)这种物质填满了空间,绝对静止,承载电磁现象,但不与任何其他物质发生反应。
这便是近代物理学中以太这个概念的最后一次更迭。在当今,如果有来自2020年这个时间点上的读者,即使听说过以太这个概念,其认知应该也是来源于麦克斯韦和洛伦兹的“电磁以太”,而不是以太物理学时代中的“物质以太”。
而在这两位科学大师最活跃的短短瞬间,19世纪末的那一代物理学家都认为,空间中的以太与实在的原子小球,便是宇宙中的一切物质。