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标题: 以太:奇幻的“第五元素”
记广诚
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发表于 2017-6-18 03:29
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以太:奇幻的“第五元素”
以太:奇幻的“第五元素”
<p>原标题:以太:奇幻的“第五元素”</p><p>以太是古希腊哲学家亚里士多德设想出的一种“看不见、摸不着”的奇幻物质。它区别于“火、气、水、土”四元素,被称为“第五元素”。按照这五种元素的完美程度,亚里士多德将宇宙划分为两大区域:月球所在的天球之内为地界,由“火、气、水、土”四种元素从外到内依次组成;月球所在的天球之外为天界,其组成元素便是以太。以太被认为是无所不在、绝对静止、十分稀薄的“精英”。</p><p>17世纪
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,笛卡尔首先将以太的概念引入物理学,他反对任何的超距作用
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,提出了“以太涡旋”理论,认为行星运动是由以太涡旋所带动的。“以太涡旋”说与牛顿在此之后提出的万有引力定律存在巨大矛盾。按以太涡旋理论分析,地球在以太的压力下应该形成两级凸出、赤道扁平的“橄榄”形
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。经过实际的测量之后
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,却证明地球是两级扁平、赤道凸出的“橘子”形。这直接证明了万有引力的存在,进而确立了牛顿在科学界的地位。值得一提的是,牛顿并未因此怀疑以太的存在,他还试图通过以太来解释万有引力的机理
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。</p><p>18世纪,随着牛顿在科学界的地位日益巩固,牛顿支持的光的微粒说火了起来
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,与以太密切相关的光的波动说受到重创。对以太的探寻一直未发现实际结果
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,以太说也受到笛卡尔学说的牵连而遭到了批判。这一时期是以太说的沉寂时期。</p><p>19世纪,托马斯·杨和菲涅尔成功地解释了光的干涉、衍射、双折射以及偏振等现象
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。证明了光的确是一种波。波的传播需要介质,以太便顺理成章地成为了光媒介质。光的波动说逐渐占据主流
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。随后以太在电磁学中也获得了地位,麦克斯韦用以太观念成功推导出麦克斯韦方程组
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。他通过电磁波和光在“以太”中传播速度的一致性,统一了电磁现象和光现象。至此以太学说获得巨大成功,以至于所有的物理都可以简化为以太的物理。以太逐渐被认为除了荷载电磁振动之外,不再有其他的运动和变化,成为电磁波的荷载物和绝对参考系。</p><p>另一方面,捕捉以太的实验也在开展。1887年
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,实验证明了不同方向上的光速没有差异,即地球相对以太并不运动,实际上证明了光速不变原理。1905年,爱因斯坦据此提出狭义相对论,正式宣布绝对时空观和以太的死亡。</p><p>以太的出现与存在
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,在哲学上是人类对至真至美的追求,在科学上则是绝对时空观的体现
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。人类需要一种绝对静止的物体去衡量世界的尺度,也需要一种普遍存在的力量去解释万物的运动。物理学的发展并没有因为以太的引入而产生明显的阻碍,许多物理学家却需要借重以太才能自圆其学说
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。告别了20世纪初物理学的大发展,物理学研究面临诸多瓶颈
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。新发现的一些现象,比如暗物质和暗能量,也给现有物理学带来巨大冲击。物理学研究急需新视野与新观念,我们可否从前人的思想中汲取营养从而获得一些启发呢?奇幻无比的“第五元素”是否会再次复活呢?</p><p>(作者单位:中科大科技史与科技考古系)</p>
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