如何理解以太 - 国家科技图书文献中心.DOC

如何理解以太 孟庆勇 编著 自以太(ether)概念提出以来，在科学历史发展的不同时期人们对于以太有着不同的理解，直到今天人们对于以太仍有许多种不同的理解，以太问题成为目前物理学界乃至哲学界学术讨论的一个焦点。以太问题迟迟得不到解决，严重阻碍了物理学的发展，已经成为发展物理学的最大障碍。本文搜集和整理了一部分有代表性的以太观点的历史资料，从这些历史资料中我们可以获得对以太认识的有意义的启发。 以太概念最早是由古希腊哲学家亚里士多德（Aristotle，公元前384～公元前322）提出的，以太最初被指为青天和上层大气。亚里士多德认为运行的天体是物质的实体，地球是宇宙的中心；地球（下界）和天体（上界）是由不同的物质组成，地球上的物质是由水气火土四种元素组成，而天体是由第五种元素“以太”（ 占据天体空间的物质）构成。亚里士多德反对原子论，不承认有真空存在。 17世纪的R.笛卡儿（Rene Descartes，1596～1650）是一个对科学思想的发展有重大影响的哲学家。他最先将以太引入物理学，并赋予他某种力学性质。在笛卡儿看来，物体之间的所有作用力都必须通过某种中间媒介物质来传递，不存在任何超距作用。因此，空间不可能是空无所有的，它被以太这种媒介物质所充满。他认为物质充满空间，即不存在真空，要说有一个绝对无物体的虚空或空间，那是反乎理性的，他又认为物质可以无限分割， “宇宙中并不能有天然不可分的原子或物质部分存在”，“要是世界充满了坚硬的微粒，它们既不能屈缩让位又不能分割，就像人们所描述的原子那样，那么运动就是不可能的。”他还认为空间是无限的（世界的广袤是无限定的），并且肯定物质世界的统一性与多样性（天上和地下的物质都是一样的，而且世界不是多元的，物质的全部花样或其形式的多样性，都依靠于运动）。因此恩格斯在《反杜林论》中称赞笛卡儿是辩证法的卓越代表人物之一。笛卡儿的方法论对于后来物理学的发展有着重要的影响。笛卡儿用以太旋涡模型第一次依靠力学而不是神学解释了天体、太阳、行星、卫星、慧星等的形成过程。他认为天体的运动来源于惯性（沿轨道切向）和某种宇宙物质，以太旋涡对天体的压力，在各种大小不同的旋涡的中心必有某一天体（如太阳），以这种假说来解释天体间的相互作用。不过，“笛卡尔以太”模型中的以太是静止不动的，而且与周围实体没有任何关系，它只起着传递实体间相互作用力的作用。 之后莱布尼兹(Leibniz,1646～1716)发展了笛卡尔以太学说。莱布尼茨觉察到了“笛卡尔以太”模型中的困境，为了使“以太”能够运动起来，莱布尼茨便从东方的“元气”学说中“移植”过来元气有聚散、屈伸等观念。他认为，以太“实际上并没有根本的坚硬性，相反地，流动性倒是根本的”。关于以太为什么可以“流动”，在莱布尼兹看来，是因为以太本身具有“活力”。即运动是来自物质的运动，亦即中国古代哲学“气一元论”的“动非自外”的观点。气一元论（元气论)认为，这个世界上没有超自然的造物主和万能的主宰，所以，一切都是自然、自在和自为的。气是不断地运动着的物质实体，是世界万事万物的本原（或本体），为宇宙天体和天地万物统一的物质基础。运动是气的根本特性，阴阳是气的固有属性，气是阴阳的矛盾统一体，气的胜复作用即阴阳的矛盾运动是物质世界运动变化的根源，气聚而成形，散而为气，形（有形）与气（无形）及其相互转化是物质世界存在和运动的基本形式。物质世界在阴阳二气的相互作用下，不断地运动变化。 后来，以太又在很大程度上作为光波的荷载物同光的波动学说相联系。光的波动说是由胡克(Robert Hooke,1635～1703)于1665年首先提出的，并为惠更斯((Christian Huygens, 1629～1695 )所进一步发展。以太学说进入物理学之后，首先就被惠更斯用于光本性的描述，即光的波动学说。惠更斯在 1678年给巴黎科学院的信和1690年发表的《光论》一书中都阐述了他的光波动原理，即惠更斯原理．他认为每个发光体的微粒把脉冲传给邻近一种弥漫媒质（“以太”）微粒，每个受激微粒都变成一个球形子波的中心．他从弹性碰撞理论出发，认为这样一群微粒虽然本身并不前进，但能同时传播向四面八方行进的脉冲，因而光束彼此交叉而不相互影响，并在此基础上用作图法解释了光的反射、折射等现象。由于光可以在真空中传播，因此惠更斯提出，荷载光波的媒介物质以太应该充满包括真空在内的全部空间，并能渗透到通常的物质之中。他认为，整个宇宙空间都充满了以太，以太是一种非常小的弹性球组成的稀薄的、感觉不到的介质，在一般物体的原子之间也充满了以太。除了把以太作为光波的荷载物以外，惠更斯也用以太来说明引力的现象。按照这种学说，光和水波、声波一样，是由连续的媒介来传递的一种机械波，这种媒介就是连续在宇宙空间的以太。不过，当时惠更斯只是认为光是一种