我们都听到过「以太」，至少现在的“因特网”就又被称为“以太网”。之所以使用这个名字，或许是由于这个词曾经代表着一个意思——“无处不在”。
就像「机械说」曾经是科学界最优雅的语言和最睿智的思想，「以太」也曾是物理学家心中最美、最神奇、最全能的存在。「以太」的产生和消亡，是科学史的一个重要情节——若要讨论科学的进程，那就回避不开「以太」。
杀死「以太」，是一场惊心动魄的旅程，执行任务的两个杀手，一个叫「场」，一个叫「光速不变」。
01「以太」的诞生
说起「以太」的诞生，要追溯到两千多年前的古希腊时代。
环地中海的开放地貌，让这里的人能更自由地生活和思考。从“西方哲学第一人”泰勒斯首先提出“世界的本原是什么？”的问题，到巴门尼德认为“万物并不真实”开始，一大批哲人不断地思考万物背后的本源。
“物料说”是个不错的方向。
德谟克利特从一些事实出发、在逻辑上推演出了最朴素的“原子论”；而大哲亚里士多德认为，物质元素除了水、火、气、土之外，还有一种居于天空上层的“以太”。（注：“物料说”就是从物质组成成分，去解释世界的本源；与之并列的还有“动力说”，“趋势说”等）
「以太」这个天空之子，就这样从亚里士多德的思想中诞生了！
从词源上说, “以太”这个词表达了“燃烧着的空气” 那样一种观念。当荷马称朱庇特为“居住在以太之中”时，说的就是同样的意思。
在这套体系内，「以太」是我们人类无法触及的遥远天界的组成成分。它和地上的水、火、土、气，有相同点，也有不同点。亚里士多德把日月星辰绕地球的转动和「以太」相联系，成为与地上运动有所不同的存在类型。
在天空中，被亚里士多德称为“月亮之上”的世界（即比月亮远），太阳、月亮、星辰等等都是在“内在力”的作用下，随着“天球”在「以太」中做圆周运动，这是一种自然运动。这种运动，由神规定，无需再追究。
“月亮之下”的地方（比月亮近），世界中还存在着另外一种自然运动——即重物竖直下落和轻物竖直上升的运动，这也是在物体在“内在力”的支配下寻找其天然位置的运动。
“月上”和“月下”的划分，让亚里士多德的理论具有天然的“神圣性”，同时也就具有了最大的遮蔽效应。
这是一种极端的矛盾，使得为了追究终极的“物料说”，追到了无法解释的境地，只能再投入神学的怀抱了。「以太」也因此在神的庇护之下，完成了在天空世界的第一次加冕。
02发展：「漩涡以太」和「光的波动说」
在科学时代到来之时，「以太」有了新的支持。
漩涡以太说
「漩涡以太说」的提出者是著名的数学家、物理学家、哲学家笛卡儿，他以希腊哲学还很模糊，而他自己却很清楚的实体概念来理解这个词, 从而赋予了这个词以过去从来没有过的含义。阿狄生那绝妙的诗是这样开头的：“广阔的太空高悬，蓝色的以太之天”。这表明了“以太”一词的通常含义。
笛卡尔的「以太」是一种实物存在，一切形态的物质，都是从它产生、发展而来的。
笛卡尔根据自己的空间理论，认为世界上根本没有虚无这样的东西。一种就像空气一样无处不在的东西，像一种精妙的流体，不仅仅充斥在星际领域，而且充满在物体分子之间的空隙里。那么，这种物质是如何作用的呢？这个问题的回答，引申出来了「漩涡以太说」。
在「漩涡以太说」中，行星在「以太」中流动，犹如小船在漩涡中运动一样。笛卡尔试图用「以太」来解释引力的本源，当然，他最终败在了万有引力理论和牛顿力学体系之下。
但是，有趣的是，我们现在发现，银河系真的就像一个漩涡——笛卡尔的想象和天空的真实图景似乎戏剧性的重合了——看来，我们真的不能忽略想象的力量！
漩涡状的银河
光的波动说
牛顿力学的成功让笛卡尔的假说沉睡了一百年，直到一缕阳光把它再次唤醒。这缕阳光就是——“光的波动说”。
人类对光的本源的探索，也经历了漫长的时间。牛顿提出的“微粒说”和惠更斯提出的“波动说”曾经激烈的交锋。
“微粒说”认为光的本质是小微粒，不同的颜色是不同的微粒；一切光学现象，都可以用这些微粒的传播，以及它们和物体之间的作用而解释。
“波动说”则完全不同，认为光的本质是一种波，就和我们听到的声音和看到的涟漪类似。用波的理论，同样可以解释当时所有关于光的现象。
水波荡漾
到底谁对谁错？
在这个激烈的碰撞中，天平一开始就不平衡。牛顿以其无与伦比的影响力，带领“微粒说”的拥趸疯狂进攻，“波动说”节节败退，最终只能在数学的领域偏安一隅。但是，即便如此，“波动说”也一直没有消沉，一直在等待着机会，力图翻身。
机会终于来了！英国科学家托马斯·杨在1800年成功设计了双缝干涉实验，以其无可比拟的优美和精巧，证实了光的波动性。
在这个实验中，光沿着“波动说”的预言在“行走”，最后产生“干涉”的条纹。同时代的菲涅尔和泊松等也从理论和试验上证实了“波动说”的正确性。
一个建筑，巧妙的设计成类似光的干涉条纹的形状
“波动说”的大翻身，也带来了“以太说”的大翻身！为什么呢？
因为，波的传播需要介质！而这种无处不在的介质是什么呢？对，就是笛卡尔的「以太」！
曾经的神的居住之所，现在成了光的传播媒介！
不但光学需要以太，热学也需要以太，电学和磁学也需要以太！以太，一夜之间，又一次成为物理学的宠儿，在物理学家的心中成为无处不在的神奇存在！
有问题解释不了？那一定是你没有考虑到以太的存在！你看，加进去之后，问题不就可以解决了么？
03杀手出现
在「以太说」风靡的日子里，似乎一切都是那么圆满。几乎所有的问题，结合以太这种物质，再利用牛顿的力学分析，就能得到较好的解释。以太，好像成为物理学左后一块砖头；加上了它，物理学就变的坚不可摧，牢不可破！
就在这种喜庆的氛围里，物理学前所未有的繁荣，但人们没有注意到的是，有两个冷酷的杀手已经慢慢出现。
「场」
「场」这个杀手最早出现时，身份是作为法拉第描述磁力和电力的“力线”。
这还要从奥斯特的发现说起。物理学家奥斯特，曾无意中发现：通电导线旁边的小磁针会发生偏转，这证明了通电导线对小磁针产生了力的作用。最为奇怪的是，这种力与之前所知道的所有力都不同：最大的不同在于，这种力的方向，并非沿着导线和磁针的连线方向，而是垂直于这个方向。
法拉第在进行更深入的研究之后，除了发现新的电与磁的关系之外，还发明了描述这种力的“力线”。
我们用一个试探的磁针放进去一个空间内（比如磁铁或者螺线管的周围）的不同位置，磁针最后静止时的指向能连接成一条条力的方向线；同理，我们把一个试探的电荷放到另个一电荷的周围空间的不同位置，这个试探电荷的受力也能连接成一条条力线。
这种力线，就是我们要描述的“场”的某种“展现”。
这种“力线”或者叫“场线”，最开始只是想象中的事物，只是做为便于从力的观点去理解事物的一种工具，19世纪初的科学家认为场是不存在的。在他们看来，只有物质和它的变化才是实在的。比如「以太」，就是这种实在的真实代表。
19世纪中叶，法拉第的学生麦克斯韦，发表了他的方程组（麦克斯韦方程组），用场的理论统一了所有电磁学问题。这让人们对场的概念产生了全新的思考。
麦克斯韦Maxwell
最初，大家都认为场最后总可以借助以太用力学的方法来解释。但是，我们现在知道，这种事情不可能被实现。
爱因斯坦曾说过：“场的功绩实在是太显著了、太重要了，因为它换下了一个力学的教条。”另一方面，替以太设想一个力学模型的问题，越来越没有意义，“只要看看那些假设的牵强和虚假的性质，就令人沮丧。”
电磁波
麦克斯韦的方程组中，推导出一种神奇的存在：电磁波。
电磁场存储着能量，一旦传播出去，便独立存在了。（这其实就可以解释光的传播不需要以太）
另外，方程的求解显示，电磁波的速度和光的速度一样，也是30万公里每秒钟。根据这个明显预示着“光和电磁波有联系”的线索，由实验物理学家赫兹操刀，最终证明：光就是一种电磁波。
光是一种电磁波
另一方面，虽然当时的科学界已经感觉到以太的力学结构上确实有许多困难，但是还是不得不继续承认以太是传播电磁波的媒介，及以太是传播光的媒介。
科学家认为在真空中，或者说在以太中，光速是每秒30万公里，而光就是在以太中传播的电磁波。
至此，在第一个杀手「场」的引导下，「以太」走到了它生前所达到的最高顶点——如果能用实验证明「以太」的确是电磁波的传播媒介，那么，这个天空的圣灵，将完全统治力学和电磁学！也就完全统治了整个物理学！
当科学家最终设计实验，想要验证以太的存在之时，第二个更为致命的杀手终于浮出水面。
04迈克尔逊-莫雷实验和光速不变理论
为了解释这个著名的实验，我们先拿声音做一个类比。
由于声音可以看做在空气中传播的波——这个理论已经很成熟，而且毫无疑问的正确。假如我们在听一个讲座：
如果我们不想听到演讲者的声音，我们可以这么做：（当然你可以直接离开或者堵上耳朵）我们用超过声音传播速度的速度远离演讲者而去。于是发出的声波永远不会到达我们的耳朵。
反之，如果我们想要重复听一遍某句重要的话，我们就可以用超过声音传播速度的速度去赶上早已过去了的声音，这样就可以让声波再次传入耳朵一次。
这个情景其实是可以实现的。大炮中射出的炮弹，速度是要超过声速的——那么，就会有这样一个有趣的情景出现——坐在炮弹上的人，是听不到大炮发射的声音的。
超音速导弹
迈克尔逊-莫雷实验
让我们把声音换成光，把空气换成以太，就可以一窥“迈克尔逊-莫雷实验”的真容了。
抛开较为复杂的设计和原理，这个实验就是利用地球绕太阳公转的速度（这个速度大约有30公里每秒，达到了光速的0.01%），来检测光在以太风中的传播速度在“沿着地球运动方向”和“垂直地球运动方向”上的差别。
如果实验结果是正的——即光在沿着地球运动的方向上的速度和垂直地球运动方向的速度有所不同——我们就可以测量出地球在以太中的运动速度，从而证明以太的存在了！
最好的杀手，往往会在目标得以忘形、放松警惕时出手！——迈克尔逊-莫雷实验的结果竟然是：没有结果！即零结果！
这说明，光的传播在两个方向上毫无差别！——即「光速不变」！
零结果的迈克尔逊-莫雷实验，引起了学术界的震动！
迈克尔逊从1881年开始着手进行第一次试验，到1929年最后一次试验，时间跨度近50年。
精度提高了10倍后的迈克尔逊-莫雷实验装置
虽然一直致力于发现以太漂移实验的正结果，但是迈克尔逊没有牵强附会，而是尊重实验结果，在1929年，迈克尔逊郑重宣布没有发现绝对速度，以太并不存在！
在相对论日渐得势的背景下，这一宣言，无疑真正宣布了「以太说」的灭亡——「以太」终于被“杀死”！
05结语悼唁
「以太」前辈在上：
千载悠悠，君乘风而来，挟天神之威，裹日月而前行，为万物本源；
四百年前，经笛卡尔重塑，再现天日，纵横宇宙之上，穿梭原子之间；
虽曾有牛顿力学，咄咄出击，犯君疆域，逐君于一隅；
然亦有波动之说，甘忍辱负重，救君于危难，挽既倒之狂澜；
君几起几伏，遍体鳞伤；君几伏几起，面色不改。
然科学之趋势，科学之精神，在于求实，
君毕竟非真实存在，为诸子围攻而亡，毙命于曾经拥趸之手，实为可叹！
吾辈知君之事，说君之史，敬君之重，叹君之亡。
以此文记之，为祭。
（完）
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