本文參加百家號科學#了不起的基礎科學#系列徵文
「以太」是一個科學歷史上的名詞，相信很多人都聽說過。自20世紀初「以太」學說被科學界的主流徹底拋棄至今，已逾一百年。但時至今日，依然有人相信「以太」的存在。不可否認，神秘的「以太」學說主宰了近代科學史幾個世紀，自然有它存在的合理性，直到19世紀末20世紀初愛因斯坦時代的到來，它才被徹底推翻。在反對者中，最著名的人物有恩斯特·馬赫、愛因斯坦等人，而在支持者中也不乏著名人物，如亨德裡克·洛倫茲和喬治·菲茨傑拉德等人。
那麼，「以太」究竟是何物？又是如何從興盛走向衰亡的？最早的「以太」是古希臘哲學家亞里斯多德所設想的一種物質，起初僅運用在哲學範疇。亞里斯多德認為，物質元素除了水、火、氣、土以外，還有一種居於天空上層的以太，所以它帶有很強的神秘主義色彩。後來人們逐漸增加了以太的內涵，並逐步引用到了物理學中，成為物理學歷史上一種假想的物質觀念。17世紀30年代，法國哲學家勒內·笛卡爾為了解釋天體的運動，假設整個宇宙都瀰漫著稀薄的以太並形成漩渦，而行星就在旋轉的以太漩渦裡運動。
當1687年牛頓提出了更為嚴謹的引力和行星運動定律後，笛卡爾的觀點被推翻了。此後，牛頓的定律在幾乎兩個世紀的時間裡一直是物理學的基石，直到19世紀後期對於電的研究帶來了另一套完全嶄新的科學概念，給人們的思想造成了巨大的衝擊。1860年，麥克斯韋拋開了牛頓力學，在法拉第等人的研究基礎上，以全新的「場」的概念創立了電磁學理論。「場」概念被愛因斯坦稱讚為「是物理學自牛頓以來最深刻的成果」。
麥克斯韋的電磁學理論說明了移動的電場和磁場可以相互轉換，各自通過波動的形式轉變為另一種形態。通過計算，麥克斯韋發現波的移動速度就是光速，隨後他宣稱「電磁波就是光」，而這可能是19世紀最具有劃時代意義的一句話。但是，一個更大的問題隨之而來：什麼是波？光可以在真空中傳播，但由於真空的定義是「無」，而波動需要彈性介質，但真空中一無所有，那麼是什麼東西在波動呢？
為了回答這個問題，牛頓學派的物理學家重又提出了「以太」的概念，認為光波是在充滿整個宇宙的、人眼不可見的「以太」中振動進行傳播的。這樣，以太就成了一個絕對的參考系，一切物體的速度都參照它而測量出。然後漸漸地，在一些物理學家的質疑聲中，「以太」逐步被支持的物理學家們賦予了一些越來越神奇而又怪異的屬性。比如說，聲波屬於一種波，當介質的密度越大時，聲波的傳播速度越快，水中的聲速大於空氣中的聲速，鋼中的聲速大於水中的聲速。類似的，光波的速度是每秒30萬千米，那麼，以太作為一種傳播介質，密度必須非常非常緻密，光波才可能達到這樣的速度。但這怎麼可能呢？
從另一方面考慮，以太必須還要比空氣輕，這又成為一種不可能。漸漸地，物理學家們為了證明光波確實是在以太中傳播的，就對以太的概念修修補補，使得以太成為了一種神話般的物質：密度堪比鑽石、沒有重量、絕對靜止、粘滯度為零、肉眼不可見、任何儀器都不可測。到這時，「以太」學說越來越難以自圓其說，而像愛因斯坦這類的物理學家都很清楚「以太」學說的漏洞，這些漏洞絕不是通過修修補補就可以解決問題的，它存在致命的缺陷，所以必須要推翻「以太」學說。
同樣地，馬赫也對以太學說和牛頓的絕對空間和絕對時間提出了批評，他認為誰也沒能找到哪怕一丁點能夠證明以太存在的直接或間接的證據。1887年，物理學家阿爾伯特·麥可遜和愛德華·莫雷做了一系列實驗，試圖用最精密的測量來尋找以太的屬性。他們提供分析，如果宇宙空間充滿以太並絕對靜止，地球在以太中運行，會造成「以太風」，因此光速也會因地球的運行方向而發生變化。這就如同人在無風的環境中跑步也能感覺到有風一樣，或者人在順風、逆風或側風中跑步，身體都會受到影響。
麥可遜-莫雷實驗設計得很聰明，將兩束光線相互之間呈直角射出，通過鏡片將光線反射回光源。根據以太理論，這兩道光應該以不同的速度運動。比如說，一道光線如果是順著地球運動方向，那麼另一道光線是與地球運動所造成的「以太風」呈90度。這樣一來，當兩束光返回到光源時，其波動必然不會同步。實驗結果讓兩位物理學家很興奮，他們發現所有光線的速度是相同的，無論測量裝置指向何方。這意味著，根本不存在「以太風」，而且光速恆定不變。
事實已經很清楚了，根本不存在所謂的「以太」，麥可遜-莫雷實驗成了壓垮「以太」學說的最後一根稻草。儘管包括荷蘭物理學家洛倫茲和愛爾蘭物理學家菲茨傑拉德在內的很多物理學家，作出了巨大努力試圖拯救以太理論，但也只能小修小補根本無濟於事。愛因斯坦認為，以太理論近乎神話，存在太過人工和做作的痕跡。根據類似於「奧坎姆剃刀理論」這樣的原理，以太理論必然逃不掉被剝離的命運。最終，在20世紀初愛因斯坦提出狹義相對論之時，「以太」學說被物理學界的主流徹底拋棄。
（註：「奧坎姆剃刀」原理的意思是，科學及哲學中的規則，最簡單者最可取，未知現象的解釋應首先建立在已知的東西上。）