乙太(曾被假想的電磁波的傳播媒質)

乙太（或譯以太；英語：ether或aether）是古希臘哲學家所構想的一種物質，是一種曾被假想的電磁波的傳播媒質，但後來被證實並不存在。

基本介紹

• 中文名：乙太
• 外文名：aether
• 提出時間：公元前384年—公元前322年
• 構想者：亞里士多德

定義

乙太（或譯以太；英語：乙太或aether）是古希臘哲學家所構想的一種物質，是一種曾被假想的電磁波的傳播媒質，但後來被證實並不存在。

乙太的提出

19世紀，科學家們逐步發現光是一種波，而生活中的波大多需要傳播介質（如聲波的傳遞需要藉助於空氣，水波的傳播藉助於水等）。受傳統力學思想影響，於是他們便假想宇宙到處都存在著一種稱之為乙太的物質，而正是這種物質在光的傳播中起到了介質的作用。

乙太，曾被認為承載光的介質

乙太的假設事實上代表了傳統的觀點： 電磁波的傳播需要一個“絕對靜止”的參照系，當參照系改變，光速也改變。

然而根據麥克斯韋方程組，電磁波的傳播不需要一個“絕對靜止”的參照系，因為該方程里兩個參數都是無方向的標量，所以在任何參照系裡光速都是不變的。

其中 是真空介電常數，μ0 是真空磁導率。

乙太無所不在，沒有質量，絕對靜止。按照當時的猜想，乙太充滿整個宇宙，電磁波可在其中傳播。假設太陽靜止在以太系中，由於地球在圍繞太陽公轉，相對於乙太具有一個速度v，因此如果在地球上測量光速，在不同的方向上測得的數值應該是不同的，最大為 c+v，最小為 c-v。如果太陽在乙太繫上不是靜止的，地球上測量不同方向的光速，也應該有所不同。

乙太學說的推翻

在1881年—1884年，阿爾伯特·麥可遜和愛德華·莫雷（Edward Morley）為測量地球和乙太的相對速度，進行了著名的麥可遜-莫雷實驗。實驗結果顯示，不同方向上的光速沒有差異。這實際上證明了光速不變原理，即真空中光速在任何參照系下具有相同的數值，與參照系的相對速度無關，乙太其實並不存在。後來又有許多實驗支持了上面的結論。

乙太說曾經在一段歷史時期內在人們腦中根深蒂固，深刻地左右著物理學家的思想。著名物理學家洛倫茲推導出了符合電磁學協變條件的洛倫茲變換公式，但無法拋棄乙太的觀點。

愛因斯坦則大膽拋棄了乙太學說，認為光速不變是基本的原理，並以此為出發點之一創立了狹義相對論。雖然後來的事實證明確實不存在乙太，不過乙太假說仍然在我們的生活中留下了痕跡。

十九世紀後期，科學家相信他們對宇宙的完整描述已經接近尾聲。他們想像 一種叫“以太”的連續介質充滿了宇宙空間，就象空氣中的聲波一樣，光線和電 磁信號是“乙太”中的波。 然而，與空間完全充滿“以太”的思想相悖的結果不久就出現了：根據“以 太”理論應得出，光線傳播速度相對於“乙太”應是一個定值，因此，如果你沿 與光線傳播相同的方向行進，你所測量到的光速應比你在靜止時測量到的光速低 ；反之，如果你沿與光線傳播相反的方向行進，你所測量到的光速應比你在靜止 時測量到的光速高。但是，一系列實驗都沒有找到造成光速差別的證據。 在這些實驗當中，阿爾波特·麥可遜和埃迪沃德·莫里1887年在美國俄亥 俄州克里夫蘭的凱斯研究所所完成的測量，是最準確細緻的。他們對比兩束成直 角的光線的傳播速度，由於圍著自轉軸的轉動和繞太陽的公轉，根據推理，地球 應穿行在“乙太”中，因此上述成直角的兩束光線應因地球的運動而測量到不同 的速度，莫里發現，無論是晝夜或冬夏都未引起兩束光線光速的不同。不論你是 否運動，光線看起來總是以相對於你同樣的速度傳播。 愛爾蘭物理學家喬治·費茲哥立德和荷蘭物理學家亨卓克·洛侖茲，最早認 為相對於“乙太”運動的物體在運動方向的尺寸會收縮，而相對於“乙太”運動 的時鐘會變慢。而對“乙太”，費茲哥立德和洛侖茲當時都認為是一種真實存在 的物質。 這時候，工作在瑞士首都伯爾尼的瑞士專利局的一個名叫阿爾波特·愛因斯 坦的年輕人，插手“乙太”說，並一次性永遠地解決了光傳播速度的問題。 在1905年的文章中，愛因斯坦指出，由於你無法探測出你是否相對於“乙太 ”的運動，因此，關於“乙太”的整個概念是多餘的。相反，愛因斯坦認為科學 定律對所有自由運動的觀察者都應有相同的形式，無論觀察者是如何運動的，他 們都應該測量到同樣的光速。 愛因斯坦的這個思想，要求人們放棄所有時鐘測量到的那個普適的時間概念 ，結果是，每個人都有他自己的時間值：如果兩個人是相對靜止的，那么，他們 的時間就是一致的；如果他們間存在相互的運動，他們觀察到的時間就是不同的 。 大量的實驗證明了愛因斯坦的這個思想是正確的，一個繞地球旋轉的精確的 時鐘，與存放在實驗室中的精確時鐘確有時間指示上的差別。如果你想延長你的 生命，你就可以乘飛機向東飛行，這樣可以疊加。