以太模型对物理学的发展影响的研究.docx

以太模型对物理学的发展影响的研究朱宏亮? ?引言：在每个历史时期，目睹科学概念提出的人，尽管他意识到这种科学概念的局限性和近似的特征，也不能够以足够肯定的态度说出这种局限性是什么。这些人同样也不能绝对准确地断定当时的理论从历史上将为何种推广做准备。因此，对同一时代的人来说明确理论的历史意义和查明历史原因是办不到的。那种不停的变动、追求、探索虽然未能找到答案，然而却为科学中新的革命准备了条件，培育了不停顿、无止境的追求科学真相的思想，这样一种古典物理学的形象比形而上学观念所追求的毫无矛盾的田园诗一般的终极解答更接近于历史的真实情况。1.1“以太”概念的来源?? ? “以太”一词起源于古希腊，有着充满天空的物质的意思。最初见于一则神话传说，暗神伊利波斯与夜神妮卡丝结合，生出个精灵气旺的宙斯神来，这就是以太。在那个时候的希腊哲人眼里，以太并不是物理概念而是哲学概念，古希腊的哲学家们认为是组成世界的不可缺的物质，以太这个概念一开始就与宇宙的结构和物质的构成等哲学命题紧密相连。柏拉图认为宇宙是由水、火、土、气、以太五种元素组成。亚里士多德认为自然界不可能有虚空，天体之间充满了以太。以太开始具备弥散在整个空间，是一种连续介质，不存在绝对虚空等基本特点，其巨大的外延为后来物理学家赋予以太不同的物理性质提供了广阔空间。1.2以太在物理学中的提出??? ? 哲学家把以太呼唤到世界上来时，并没有引起多大的关注，正当哲学家准备把它从世界上抹去时，物理学家却把它接了过来。十六世纪末，吉尔伯特仔细研究了磁石和磁铁，发现了磁傾现象，断定地球就是一块大磁铁。吉尔伯特除了做实验来论证之外还企图深入一步揭露磁的本质，不过由于他对微观世界一无所知，只不过由思维方式去大胆想象。他认为磁铁有灵魂，灵魂藏在磁铁里并由磁铁发射出来，并且他认为以太一次能非常恰当的表示这种磁灵魂。就这样以太第一次被列入了物理学。这样吉尔伯特就顺理成章地解释了地磁傾现象，磁以太包罗着领近的铁物体，把它拉回自身，推而广之，地球也包藏着和发射出重力以太，重力以太也包罗着地球上的物理体，并把它们拉向地，吉尔伯特的这种设想显然是受到一种朴素唯物主义哲学思想的影响。而在十七世纪，法国科学家笛卡尔为了解释物体之间的作用力，特别是万有引力现象，最先赋予了以太以某种力学性质，他发表的《哲学原理》中引入以太的概念，首先提出“以太”的假说，他认为“虚空”是不可能存在的，真空不空，宇宙中存在着一种稀薄的物质。他在书中这样描述：“以太是充满整个空间的一种物质，真空中没有空气，但有这种无所不入的以太。”为揭示太阳系的结构，提出“以太旋涡学说”，他认为星体周围的以太围绕星体做旋涡式运动，它产生的旋涡卷吸着周围的物体趋向中心，这就是引力的作用。此假设运用类比，虽然可以解释行星的主要运动——圆周运动，但没有实验作支柱。?为了探求光的本质，解释光的干涉、衍射等现象，胡克首先提出了光的波动说，惠更斯做了进一步发展，他认为光波的荷载物就是以太。光可以在真空中传播，真空是由以太组成的，光可以在以太中传播，光的传播速度决定于以太的弹性与密度。由此建立了以他的名字命名的次波原理——惠更斯原理。就这样，随着物理问题的到来，以太就被物理学家自然的从哲学家的手中接了过去。从此，以太便犹如一个精灵，栖身在物理学的世界里，并变化万千，表现出奇异的性质，如：力学以太、光以太和电磁以太等等。??? ? 在长达几个世纪的时间里，以太引发了一大批物理大师的探索与讨论，以太也在讨论之中几经起落，从以前的肯定到迈克尔孙--莫雷实验的表面否定再到爱因斯坦的狭义相对论并不排斥以太。自此，以太无可非议的存在于物理学的上空。伴随着物理学的发展，以太以不同的面貌出现。每种以太模型的建立，都取得了一定的成功，在一定程度上都促进了物理学的发展。在物理学的发展过程中，以太究竟是如何影响着物理学的发展呢？它起了什么样的作用呢？本文将对此问题作一讨论。2.以太在物理学中的应用我们回顾一下物理学史，只要物理学的发展在某个阶段受阻而停滞不前时，物理学家就会引入一个新的物理假设来帮助自己解决所遇到的困难2.1以太在力学中?? ? 最先将以太引入物理学并赋予以太一定力学性质的是法国哲学家，物理学家，数学家笛卡尔为了解决物体之间相互作用力本质的问题，他继承并发展了亚里士多德的观点，在1644发表的《哲学原理》中引入了以太的概念，他首次将天体之间的运动归因于力学而非当时流行的泛灵论，排除了物质世界和物体运动中“神”的作用，为当时的物理学摆脱宗教的控制近而走上科学的发展道路迈出了重要一步，对牛顿的万有引力的诞生起到了思想启蒙教育。?? ? 牛顿的万有引力定律和三大力学定律的发现，把天上和地上的静动联系起来了，最终建立了经典力学的理论大厦。但是像一切理论一样，牛顿力学的建立一开始就孕育了一些