题目

以太假说发展的历史过程,从中概括假说具有的基本特征

提问时间：2020-11-23

答案

的相对速度,进行了著名的迈克尔逊-莫雷实验.实验结果显示,不同方向上的光速没有差异.这实际上证明了光速不变原理,即真空中光速在任何参照系下具有相同的数值,与参照系的相对速度无关,以太其实并不存在.后来又有许多实验支持了上面的结论. 以太说曾经在一段历史时期内在人们脑中根深蒂固,深刻地左右着物理学家的思想.著名物理学家洛伦兹推导出了符合电磁学协变条件的洛伦兹变换公式,但无法抛弃以太的观点. 19世纪90年代,洛伦兹提出了新的概念,他把物质的电磁性质归之于其中同原子相联系的电子的效应.至于物质中的以太,则同真空中的以太在密度和弹性上都并无区别.他还假定,物体运动时并不带动其中的以太运动.但是,由于物体中的电子随物体运动时,不仅要受到电场的作用力,还要受到磁场的作用力,以及物体运动时其中将出现电介质运动电流,运动物质中的电磁波速度与静止物质中的并不相同. 在考虑了上述效应后,洛伦兹同样推出了菲涅耳关于运动物质中的光速公式,而菲涅耳理论所遇到的困难(不同频率的光有不同的以太)已不存在.洛伦兹根据束缚电子的强迫振动,可推出折射率随频率的变化.洛伦兹的上述理论被称为电子论,它获得了很大成功. 19世纪末可以说是以太论的极盛时期.但是,在洛伦兹理论中,以太除了荷载电磁振动之外,不再有任何其他的运动和变化,这样它几乎已退化为某种抽象的标志.除了作为电磁波的荷载物和绝对参照系,它已失去所有其他具体生动的物理性质,这就又为它的衰落创造了条件. 如上所述,为了测出地球相对以太参照系的运动,实验精度必须达到很高的量级.到19世纪80年代,麦克尔逊和莫雷所作的实验第一次达到了这个精度,但得到的结果仍然是否定的,即地球相对以太不运动.此后其他的一些实验亦得到同样的结果,于是以太进一步失去了作为绝对参照系的性质.这一结果使得相对性原理得到普遍承认,并被推广到整个物理学领域. 在19世纪末和20世纪初,虽然还进行了一些努力来拯救以太,但在狭义相对论确立以后,它终于被物理学家们所抛弃.人们接受了电磁场本身就是物质存在的一种形式的概念,而场可以在真空中以波的形式传播. 量子力学的建立更加强了这种观点,因为人们发现,物质的原子以及组成它们的电子、质子和中子等粒子的运动也具有波的属性.波动性已成为物质运动的基本属性的一个方面,那种仅仅把波动理解为某种媒介物质的力学振动的狭隘观点已完全被冲破. 然而人们的认识仍在继续发展.到20世纪中期以后,人们又逐渐认识到真空并非是绝对的空,那里存在着不断的涨落过程(虚粒子的产生以及随后的湮没).这种真空涨落是相互作用着的场的一种量子效应. 今天,理论物理学家进一步发现,真空具有更复杂的性质.真空态代表场的基态,它是简并的,实际的真空是这些简并态中的某一特定状态.目前粒子物理中所观察到的许多对称性的破坏,就是真空的这种特殊的“取向”所引起的.在这种观点上建立的弱相互作用和电磁相互作用的电弱统一理论已获得很大的成功. 但爱因斯坦则大胆抛弃了以太学说,认为光速不变是基本的原理,并以此为出发点之一创立了狭义相对论.虽然后来的事实证明确实不存在以太,不过以太假说仍然在我们的生活中留下了痕迹,如以太网等. 这样看来,机械的以太论虽然死亡了,但以太概念的某些精神(不存在超距作用,不存在绝对空虚意义上的真空)仍然活着,并具有旺盛的生命力.