科學(xué)家是怎樣精確證明以太不存在的?
網(wǎng)友解答: 機(jī)械以太被否定,以太精神并沒(méi)滅以太(Aether,或Ether)概念在西方有著悠久的歷史淵源。最早出現(xiàn)于古希臘神話,其原初的意思是“干凈的空氣”。其后,被古希臘哲學(xué)家發(fā)展為宇
機(jī)械以太被否定,以太精神并沒(méi)滅
以太(Aether,或Ether)概念在西方有著悠久的歷史淵源。最早出現(xiàn)于古希臘神話,其原初的意思是“干凈的空氣”。其后,被古希臘哲學(xué)家發(fā)展為宇宙中除土、水、氣、火四種基礎(chǔ)元素之外,充實(shí)于“上界”(即月上區(qū))的無(wú)形、無(wú)味、無(wú)重,晶瑩剔透的“第五元素”。歐洲中世紀(jì)宗教統(tǒng)治時(shí)期,以太更是天堂的象征之一,具有某種神圣的至高無(wú)上地位。
古希臘哲學(xué)家的宇宙元素分布
文藝復(fù)興后,17世紀(jì),以太被法國(guó)哲學(xué)家笛卡爾重新引入科學(xué)范疇,作為宇宙間作用力的傳導(dǎo)媒介,并借此創(chuàng)立了所謂“以太旋渦”(Eddies of the ether)這樣的類似某種機(jī)械作用理論,用以解釋日月星辰的視運(yùn)動(dòng)。牛頓雖然受笛卡爾的影響很大,但是他卻拋棄了笛卡爾將以太作為作用力“媒介”的觀點(diǎn),而提出某種超距作用以及“絕對(duì)空間”概念。特別是他主張光的“微粒”說(shuō),光的傳播也就不再需要特殊的傳導(dǎo)媒介。牛頓雖在其《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書(shū)中多處提到以太,但對(duì)于以太的本質(zhì)究竟是什么則語(yǔ)焉不詳。由此以太似乎不再重要而沉寂了一個(gè)多世紀(jì),直到光的波動(dòng)說(shuō)重新占據(jù)統(tǒng)治地位時(shí),以太作為光在真空中傳播的媒介,才重新回到人們的視野。特別是這時(shí)候電磁理論的發(fā)展,使以太成為牛頓“絕對(duì)空間”的載體,是諸如光一類的電磁波傳播的“絕對(duì)參照系”。這種充斥于整個(gè)宇宙空間、絕對(duì)靜止,但又看不見(jiàn)、摸不著、幽靈一樣存在的東西,也成了經(jīng)典物理學(xué)的一塊心病。因此吸引了很多人試圖確定它到底是什么。
在各種用實(shí)驗(yàn)探測(cè)以太的方案中,最著名的就是美國(guó)物理學(xué)家邁克爾遜和莫雷在1887年開(kāi)始的測(cè)試“以太風(fēng)”系列實(shí)驗(yàn)。按照他們的設(shè)想,地球如果在充滿靜止不動(dòng)的以太空間中快速運(yùn)動(dòng),則應(yīng)感受到迎面而來(lái)的“以太風(fēng)”。當(dāng)然,這種“感受”并不是人體感官的直接效應(yīng),而是利用了光在沿著地球運(yùn)動(dòng)和垂直于這種運(yùn)動(dòng)兩個(gè)方向上傳播的差異來(lái)感受的。但結(jié)果大出人們的預(yù)料,光在這兩個(gè)互相垂直的方向上的傳播并沒(méi)有任何差異,亦即:光速+地球運(yùn)動(dòng)速度=垂直地球運(yùn)動(dòng)方向的單純光速!換言之,他們沒(méi)有“感受”到任何“以太風(fēng)”。這個(gè)實(shí)驗(yàn),一般被認(rèn)為是否定以太存在的判決性實(shí)驗(yàn)。最強(qiáng)有力的證據(jù),就是1900年4月英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)爾文勛爵的那個(gè)關(guān)于19世紀(jì)物理學(xué)晴朗天空中有兩朵烏云的著名演講。他所說(shuō)的烏云之一,就是指邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)對(duì)以太存在的否定性測(cè)量。
邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)臺(tái)
實(shí)際上,以太作為實(shí)體實(shí)在和理論實(shí)在的結(jié)合體,一兩個(gè)實(shí)驗(yàn)并不能徹底否定或斷絕人們對(duì)以太存在性的觀念。真實(shí)的歷史過(guò)程是,雖然邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)在實(shí)體實(shí)在方面似乎否定了以太的存在性,但科學(xué)界還是只將這種結(jié)果看做是一個(gè)懷疑(所謂“烏云”)而已。僅當(dāng)愛(ài)因斯坦提出相對(duì)性理論并拋棄了以太概念后,作為絕對(duì)參考系和光傳播媒介的機(jī)械性以太才成為不必要概念,就此暫時(shí)退出了歷史舞臺(tái)。
然而,退出歷史舞臺(tái)的只是那種機(jī)械性質(zhì)的以太,而近些年的科學(xué)進(jìn)展表明,宇宙中的所謂“真空”并非一無(wú)所有的“虛空”,而是“場(chǎng)”的一種特殊狀態(tài)。一旦有個(gè)風(fēng)吹草動(dòng)(量子漲落),從這些“真空”中又會(huì)“無(wú)中生有”的產(chǎn)生出某些粒子。從這個(gè)意義上說(shuō),機(jī)械以太雖然消亡了,但“以太精神”似乎并沒(méi)有消失。
由此令人聯(lián)想到牛頓在其《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》全書(shū)中最后一段談到的意味深長(zhǎng)的話語(yǔ):“現(xiàn)在有可能增添關(guān)于某種氣(spiritus)的一些內(nèi)容,它極為精細(xì)……但這些事情三言兩語(yǔ)說(shuō)不清楚;而且沒(méi)有足夠多的實(shí)驗(yàn),由它們能精確地確定和證明這種氣的作用規(guī)律。”
牛頓畢竟是牛頓?。?/p> 網(wǎng)友解答:
如果只要單單回答這個(gè)疑問(wèn)的話,很簡(jiǎn)單,介紹下實(shí)驗(yàn)即可,但是有些話又不得不說(shuō),就是關(guān)于以太的歷史。
①先說(shuō)下以太是怎么樣被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證不存在的。
在19世紀(jì)末,有兩位科學(xué)家:邁克爾遜和莫雷,當(dāng)時(shí)是想測(cè)量一下以太的速度,因?yàn)榇饲暗囊蕴碚撌巧钊肴诵牡模谴蠹乙恢辈恢谰唧w屬性。然后這兩個(gè)人說(shuō)干就干,設(shè)計(jì)了一臺(tái)儀器,主要原理就是靠地球在運(yùn)動(dòng),所以按照伽利略的速遞疊加原理,光速在一個(gè)垂直角度的面上應(yīng)該存在兩種速度,二導(dǎo)致這一結(jié)果的就是以太。當(dāng)然了設(shè)想是這樣,但是結(jié)果卻很意外,兩位科學(xué)家測(cè)了很多次,最后的結(jié)果都是一樣,未發(fā)現(xiàn)光速出現(xiàn)變化。。。
這就很尷尬了,因?yàn)橐蕴碚撏h(yuǎn)了說(shuō),從古希臘就誕生了,但是現(xiàn)在卻又測(cè)量不到,許多物理學(xué)家慌了,開(kāi)始著手在現(xiàn)有理論上動(dòng)腦筋,想修修補(bǔ)補(bǔ)去適應(yīng)這個(gè)結(jié)果。。??傊@個(gè)實(shí)驗(yàn)被后來(lái)就當(dāng)做驗(yàn)證了以太不存在的直接證據(jù)。
②下面就說(shuō)說(shuō),為什么當(dāng)時(shí)那么多科學(xué)家熱衷于以太的存在呢?
拋開(kāi)古希臘的學(xué)說(shuō)不談,單單從機(jī)械波的角度,以太的存在其實(shí)蠻合理的。在古典物理學(xué),聲音屬于一種機(jī)械波,也就是它的傳遞需要傳播媒介。平時(shí)我們說(shuō)話,空氣就是傳播媒介;在水里,水就是媒介;敲敲桌子,附耳聽(tīng)的話,木頭也是傳播媒介等等。。。
總之,機(jī)械波的存在非常廣泛。然后物理學(xué)家們就很自然的想到,我們平時(shí)見(jiàn)的光,是不是也是機(jī)械波呢?那它的傳播勢(shì)必需要一種媒介,而且這個(gè)媒介是充滿了整個(gè)宇宙。于是就命名為以太。
其實(shí)設(shè)想是挺好的,但是后來(lái)因?yàn)橄鄬?duì)論的橫空出世,以太就被拋棄不談了??赡墁F(xiàn)在想想,像那些所謂的暗能量以及暗物質(zhì),如果用以太來(lái)稱呼,也不是不可行。
當(dāng)然了,這里的以太,已經(jīng)不是之前作為光的媒介去定義了,它需要升級(jí)。。至于升級(jí)成什么,這個(gè)也不必糾結(jié),只是個(gè)稱呼而已,最后還是要看科學(xué)的探索能不能達(dá)到這一步了。