以太是古希臘哲學家亞里斯多德設想出的一種「看不見、摸不著」的奇幻物質。它區別於「火、氣、水、土」四元素，被稱為「第五元素」。按照這五種元素的完美程度，亞里斯多德將宇宙劃分為兩大區域：月球所在的天球之內為地界，由「火、氣、水、土」四種元素從外到內依次組成；月球所在的天球之外為天界，其組成元素便是以太。以太被認為是無所不在、絕對靜止、十分稀薄的「精英」。
17世紀，笛卡爾首先將以太的概念引入物理學，他反對任何的超距作用，提出了「以太渦旋」理論，認為行星運動是由以太渦旋所帶動的。「以太渦旋」說與牛頓在此之後提出的萬有引力定律存在巨大矛盾。按以太渦旋理論分析，地球在以太的壓力下應該形成兩級凸出、赤道扁平的「橄欖」形。經過實際的測量之後，卻證明地球是兩級扁平、赤道凸出的「橘子」形。這直接證明了萬有引力的存在，進而確立了牛頓在科學界的地位。值得一提的是，牛頓並未因此懷疑以太的存在，他還試圖通過以太來解釋萬有引力的機理。
18世紀，隨著牛頓在科學界的地位日益鞏固，牛頓支持的光的微粒說火了起來，與以太密切相關的光的波動說受到重創。對以太的探尋一直未發現實際結果，以太說也受到笛卡爾學說的牽連而遭到了批判。這一時期是以太說的沉寂時期。
19世紀，託馬斯·楊和菲涅爾成功地解釋了光的幹涉、衍射、雙折射以及偏振等現象。證明了光的確是一種波。波的傳播需要介質，以太便順理成章地成為了光媒介質。光的波動說逐漸佔據主流。隨後以太在電磁學中也獲得了地位，麥克斯韋用以太觀念成功推導出麥克斯韋方程組。他通過電磁波和光在「以太」中傳播速度的一致性，統一了電磁現象和光現象。至此以太學說獲得巨大成功，以至於所有的物理都可以簡化為以太的物理。以太逐漸被認為除了荷載電磁振動之外，不再有其他的運動和變化，成為電磁波的荷載物和絕對參考系。
另一方面，捕捉以太的實驗也在開展。1887年，實驗證明了不同方向上的光速沒有差異，即地球相對以太並不運動，實際上證明了光速不變原理。1905年，愛因斯坦據此提出狹義相對論，正式宣布絕對時空觀和以太的死亡。
以太的出現與存在，在哲學上是人類對至真至美的追求，在科學上則是絕對時空觀的體現。人類需要一種絕對靜止的物體去衡量世界的尺度，也需要一種普遍存在的力量去解釋萬物的運動。物理學的發展並沒有因為以太的引入而產生明顯的阻礙，許多物理學家卻需要借重以太才能自圓其學說。告別了20世紀初物理學的大發展，物理學研究面臨諸多瓶頸。新發現的一些現象，比如暗物質和暗能量，也給現有物理學帶來巨大衝擊。物理學研究急需新視野與新觀念，我們可否從前人的思想中汲取營養從而獲得一些啟發呢？奇幻無比的「第五元素」是否會再次復活呢？
（作者單位：中科大科技史與科技考古系）
（原載於《光明日報》 2015年12月11日 10版）