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我想很多人都听说过“以太”这个词,现在它更多的是一种文化符号。但在两三百年前,科学家们确信宇宙中必定充满了以太。
故事要从人类对光的本质的探索开始。虽然人类对光的讨论已经有1000年到2000年的历史,但是要真正拿起科学工具去探索光的本质,还是要从笛卡尔和牛顿开始。如果在你学物理之前,我问你,“光到底是什么”?我想你一定很困惑,因为你根本没想过这个问题,因为光太习惯了,以至于忽略了它的存在。首先,人们很困惑,光到底是不是物质?笛卡尔和牛顿最先给出了答案。他们都认为光是一种极其微小的球形粒子,小到肉眼无法观察到,但它们的速度却极快。牛顿认为一束光是由无数固体小粒子组成的,这是典型的原始思想,这就是光的粒子理论。因为当时人们只知道光是直线传播的,却不知道光其实是有衍射和干涉的。因此,光粒子理论可以很好地解释线性传播现象。
同时,虎克和惠更斯认为光是一种波动的能量,即光的波动说。但由于牛顿是当时物理学的权威,人们只能选择相信牛顿的粒子理论。
这个问题就这样一直拖着,直到托马斯·杨出生,他设计了双缝干涉实验,才把光波理论重新推向世界。人们只是知道光粒子理论只能解释光的直线传播,而不能解释光的干涉和衍射。光的波动理论可以解释光的干涉和衍射。这时人们开始认为光是以波的形式存在的,但他们把光波看成机械波,所以它的传播必然需要介质。
由于光可以从太阳传播到地球,光波必须经历一个真实空的过程。这时候物理学家就迷茫了。光如何在真理空中传播?光波必须在介质中传播,所以真理空一定不是空,真理空一定含有一种物质充当光的介质。当时所有的科学家都确定这种介质会存在,但是还要再找一段时间,所以我们先给这种介质起个名字,以后再慢慢找,于是我们从圣经里找了“以太”这个词来命名。
当时,科学家们非常确定以太是不可避免的。谁让它是光传播的媒介呢?并且认为宇宙空充满了以太。这时,科学家们知道,谁先发现以太,谁就会出名。这时,一位名叫迈克尔逊的实验物理学家开始设计寻找以太的实验,并得到了政府研究经费的支持。但是花完第一笔钱,他找不到乙醚。于是他向政府申请资金,说第二次一定能找到乙醚,于是重新设计了实验,结果还是令人失望。这个实验最后的结论是:以太不存在!而且迈克尔逊·莫雷的实验也证明了光速的不变性。事实上,这个实验揭开了狭义相对论的神秘面纱,奠定了现代物理学的基础。
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