「以太」到底為何物?是該到揭開「以太」面紗的時候了!

2021-01-12 小哪吒聊科學

@小哪吒聊科學原創的第4篇科普科學,拒絕洗稿或抄襲,違者必究!

形狀較穩定的空間流體,這就是「以太」。

物理學科中假想的一種物質,這就是「以太」。

古希臘人說青天或者最上層的大氣就是「以太」。

佔據著茫茫天體空間的到底是什麼?那就是「以太」!

力靠什麼來傳遞?當然是「以太」了!

看,關於「以太」的定義和說法實在是太多了,古往今來,隨著人們對「以太」的越來越關注,「以太」頭上的面紗也即將被揭去!

那麼,到底什麼才是「以太」呢?「以太」到底有什麼作用呢?

今天就跟大家聊聊這個問題。

1.非比尋常的「以太」

是的,在十九世紀的時候,在物理學界有一個認知,那就是光必須通過一種叫「以太」的媒介才能夠傳播。

在麥克斯威爾的麥式方程組中,光的速度就指光相對於「以太」的速度。

就跟聲音的傳播是一樣的道理,如果「以太」保持恆溫恆壓,那麼聲音就會以一個恆定的速度傳遞出去,而跟聲音本身的運動狀態沒有任何關係。

「以太」如果真的存在的話,那麼「以太」一定是一個非常神奇的存在,它滲透在整個宇宙中,無處不在。

既然「以太」是必然的媒介,那麼光穿越地球、太陽以及其它恆星以及整個銀河系的時候,一定都經手了「以太」!

「以太」見證了光的前世今生!

而且,我們賴以存活的地球正在「以太」中年復一年地繞著太陽公轉和自轉。而太陽也在固定的軌道上繞著銀河系公轉和自轉。

那麼「以太」有質量嗎?有密度麼?它是什麼材料的?它黏稠麼?光啊,太陽啊,地球啊,萬事萬物啊,在「以太」中活動的時候會不會感受到「以太」所帶來的阻力呢?

假如說「以太」是有阻力的,那麼地球繞太陽公轉的時候會發生什麼樣的情況呢?

哈哈,如果「以太」有阻力,那麼地球在50億次圍繞太陽公轉的過程中,一定像掉進蜜罐子裡的小圓球一樣,越滾越慢,然後地球年就延長了,也許那時候,不是一年365天,是789天也不一定呢!

那麼既然地球和太陽以及萬事萬物的運行都沒有受到「以太」的影響,那麼「以太」就可以說沒有質量,沒有密度,也無所謂什麼材料。

而且當然,比如光的速度在任何時間,任何方向,都是相同的!

光速=299792458米/秒。

這是自然界中的一個常量。

不管有沒有「以太」的阻隔!

這實在是太有意思了!

2.「以太」一直有著新面貌和新解釋

在本媒體帳號的上一篇文章中,我說到聲音,提到了「波」!

是的,在20世紀初,人們也認為聲波的載體是「以太」,這個時候,「以太」就真的無處不在了!

除了可以給光或聲音做載體之外,「以太」被認為與引力有著密不可分的關係。

特別是笛卡爾還提出了「以太漩渦學說」,用來解釋太陽系中各行星的運動。

甚至是牛頓,也描述過「以太」這種媒介的稀疏和壓縮能夠影響到光的反射和折射!甚至假想過「以太」是造成引力的可能原因!

在牛頓看來,以太也許不是單一的物質,所以它能產生電啊,磁啊和引力等等不同的現象。

但進入了18世紀之後,「以太」這個詞不再紅火。

因為笛卡爾主義拒絕牛頓的一個公式,就是「引力的平方反比定律」,所以認可牛頓的人就起來反對笛卡爾的「以太學說」了!

當時,光的波動說被放棄,光的微粒說得到認可。

18世紀後期,電荷之間的作用力也是跟距離的平方成反對這一觀點得到驗證,是正確的!

所以,「以太」是電磁媒介的說法也被打破了。

「電磁以太」這個概念逐漸被「超距作用」所取代!

18世紀的人們不再迷戀「以太」,認為茫茫的宇宙就是空虛的,哪有什麼媒介不媒介的!

不得不說,這個世界上沒有絕對的真理,我們人類一直在探尋直理的路上艱難前行!

但風水輪流轉,在大約經歷過100年之後,人們又開始提起「以太」!

就像一條喇叭褲,或者一襲燙髮,它們明明在二十世紀六七十年代很流行,後來幾十年就不再流行了,沒人穿喇叭褲,也沒有一個女孩子再燙一個波波頭在大街上招搖!

但僅僅是過去了幾十年,喇叭褲和大大的波浪捲髮型又開始悄無聲息流行了起來!

關於「以太」的科學概念就跟喇叭褲和大大的波浪卷一樣,又重新走入了人們的視野!

因為科學家們發現光是一種波。

比如聲波傳遞需要藉助空氣,它差不多有三種媒介,固體,液體和氣體。經過固體時傳播速度最快,經過液體時慢一點,經過氣體時最慢。

於是,科學家們還是認為宇宙中就是有這樣的一種叫「以太」的物質,當然名字不重要(你把它叫翠花上酸菜,如果不被認為低俗也是可以的,反正名字只是一個代號!)

就是「以太」充當著介質的作用。

回到文章的最初,地球繞著太陽公轉需要這種介質,太陽繞著銀河系公轉也離不開這種介質。

「以太」這個詞最開始出現的時候,是哲學的新寵,後來,它漸漸成為物理學上的「新貴」。

可是「理想是豐滿的,現實是骨感的」!

很多物理學家又慢慢發現,如果沒有「以太」的橫空出世,很多物理現象用現成的公式就可以解釋了!

用另一種方式來表達就是,沒有一個科學家拿出切實的證據,說「以太」就是活靈活現存在的!

就像大家都熱衷飛碟的研究,但是到底有誰站出來,大膽說一句:大家好,我看到飛碟了!

沒辦法,「以太」這個嬌滴滴的姑娘再次被打入了冷宮!

但,畢竟,「以太」是得到法拉第和麥克斯威爾認可的,「以太」在電磁學中是得到過地位的!

想當年,法拉第就是用磁鐵、線圈和指南針研究成功了電磁感應。

接著,他提出了電場、磁場和力線場等概念。

雖然他最後放棄了高深的「以太」,但他懷疑過,力線場中是不是存在「以太」!

真正認可「以太」的是麥克斯威爾,他借用「以太」這個觀念將法拉第的科學研究用一組數學公式來表達,這就是麥式方程組!

在這組方程中,麥克斯威爾提出:磁感應的強度就是以太速度!

後來有一位科學家是赫茲,他弄了一個實驗,證明了電磁波的真實存在,也意即「以太」的存在!

接下來的洛倫茲提出了電子的概念,他進一步落實了以太的真實存在。

這樣,當時的物理可以理解為是「以太」的物理了。

但是一個紕漏在這個時候出現了——

那就是,偉大的麥式方程組只對絕對靜止的「以太」才能成立,如果「以太」是運動的,公式就不再成立!

後來又有兩個科學家,分別是麥可孫和莫雷,他倆做了個實驗,證明在不同的方向上,光速不變!

比如地球相對「以太」是不運動的,太陽相對「以太」也是不運動的!

好傢夥,那麼「以太」還是不存在!

這話怎麼說來?

下一篇文章中,我會說到「狹義相對論」,會仔細說關於「以太」的相對性原理!

至止,人們對「以太」的各種推崇和認知已經達到了想像力的邊緣!

是選擇堅持己見還是選擇放棄「以太」進入冷宮呢?

全憑各位的喜好了!

科學就是要不停的研究,也許深入的研究「以太」,我們一直在路上!

也許有人會說,說沒有「以太」吧,你不相信,說它有吧,怎麼做實驗都做不出來它,它到底在哪裡?

是的,「以太」確實難以想像。

有人揣摩它是一種特別硬的物質,比金剛石還硬,但又很稀薄。

然後物質在穿過它們時不會受到阻力。

那我就不明白了,地球穿越它的時候不會受到阻力?太陽穿越它的時候也不會受到阻力?那銀河系裡的億萬星辰穿越它的時候也不會受到阻力?

那它可確實是夠稀的,都稀得要沒有了!

然後星光穿越幾億公裡來到地球,半道上也沒有受到「以太」的阻隔,連任何一個流星也都沒有受到阻隔……

請問,「以太」真的有嗎?

也許有人會說,不要大驚小怪了,在宇宙中,或許還有暗物質和暗能量呢,那麼,有一個「以太」又算什麼?你要知道,在研究科學的時候,我們一直在路上!

雖然愛因斯坦已經摒棄了「以太」,認為光速是不會變的,並在這個出發點之上創立了狹義相對論!

但如果有朋友對「以太」感興趣,並認為它還是存在於宇宙之中,那麼可以大膽地研究下去!

沒準有一天,你就是發現奇蹟的那個人!

因為「以太」曾經帶給人們的奇妙,讓人們不會那麼容易放棄它,人們不放棄「以太」,其實也就是不想放棄科學的真相!

再說,愛因斯坦雖然在創立「狹義相對論」時摒棄了「以太」,但他也並沒有把話說死。

1920年的時候,愛因斯坦給了「以太」一個開放式的結局:根據廣義相對論,空間是具有物理性質的,沒有「以太」的空間是無法想像的;但根據狹義相對論,只是不需要「以太」!並不是全盤的否認!

親愛的們,你們對「以太」有什麼想說的或者想互動的嗎?歡迎積極留言互動哦!

我看到了就會回復的!

今天這篇文章下面,給大家說一個好玩的事:說宇宙一直在膨脹,它沒有因為自身重力而使膨脹速度變慢,而是在一種沒人能說得清楚的力量控制下,膨脹得越來越快!

那麼請問,這種力量到底是一種什麼樣的力量呢?你有興趣研究嗎?

我們今天說的「以太」跟暗能量到底有著什麼密不可分的關係呢?

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