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1、 以太学说的否定史徐扬070901023 吴其鹏070901022摘要：从以太学说的的形成和发展伴随着科学的萌芽、起步、发展和巨大进步，分析以太思想在物理学发展过程和现实中的科学价值。科学家们和思想家们借助这一学说所做出的科学创造和种种学说丰富了人类思想宝库。本文从各方面分析了“以太”说的发展及其所蕴合的物理和社会意义。关键词：以太；以太说；辩证法；诠释学一.以太学说对物理学的一些影响“以太”(Ether或Aetller)是古希腊人创造发明的诸多有世界影响的智慧概念之一，它曾被人津津乐道地谈论，被人反反复复地研究。科学家们围绕“以太”展开过热烈的讨论，提出了许多有意义的见解，从而有力地推动了科
2、学的发展。但比起“逻各斯”、“原子”、“数”等概念来，“以太”概念现常被人忽略。研究一下“以太”及其被否定的历史，或许对我们更好地理解科学和人的认识有所裨益。以太说在古希腊时代已经存在。人们认为太空是不空的，宇宙中应该存在一种浩瀚的物质“海洋”或物质背景，它们被称为“以太”。天体浮游需要充满太空的以太来作载体，星光传播需要以太作为传播媒体。伽俐略曾用以太说明磁石韵吸引或排斥；开普勒则用以太解释太阳何以能使行星运动。于是，以太被当作一种虽然看不见，却无处不在的可传递物质作用或运动形态的媒质。以太作为一个重要概念被引进物理学，应该从笛卡儿和惠更斯说起。笛卡儿用以太来说明星体的运动，惠更斯则用以太来
3、传播光。牛顿是提倡光的微粒说的，万有引力又是以超距作用形式表达出来，然而牛顿并没有拒绝以太的存在。牛顿在其光学一书中记述了对以太的思考，他考虑到以太与传热的关系，并试图用以太来补充他自己的引力学说及光学。他提出了一系列自己一时还解决不了的问题，但避免将尚不成熟的以太概念放进正规的理论。以太说一直伴随着物理学的发展，直到现代其幽灵仍徘徊不散。1 旋涡以太笛卡尔JL(1596-1650)最早试图以地面上的力学现象来说明天上的星体运动，认为整个太空空间充满着一种非常稀薄的连续流体，称之为以太。以太的挤压传递相互作用，形成许多转动着的旋涡。每个天体的周围都有环绕天体的以太旋涡，天体愈重，旋涡愈强。他认
4、为地球在一个旋涡的中心，而这个旋涡绕着太阳转动。卫星为行星所吸引、行星绕太阳运动，都是由于以太旋涡的作用。在笛卡儿的以太学说里以太旋涡好似水的旋涡，星体的运转被看成是伴随以太旋涡的转动，这类似于浮在水面的稻草跟随着水涡的旋转。由于笛卡儿在学术界的声望，旋涡以太的观念在欧洲风行一时。后来牛顿研究了笛卡儿的学说，认为旋涡以太将导致与开普勒定律不一致的结论。直到牛顿的引力理论获得成功，人们才逐渐抛弃了旋涡以太。虽然如此，笛卡儿用旋涡以太来阐明宇宙的思想，对后世的影响仍然是不应低估的。1944年，德国天文学家魏茨泽克提出太阳系起源星云假说。他认为，用来形成太阳系的原始尘埃云旋转时不是单一的系统，而是一
5、个涡旋系。这些涡旋逐渐汇成较大系统，它们的距离随之增加，其幅度正好和行星距离定律相配。在各个涡旋组之间的边界上，粒子集中起来并组成星子，最后成为行星。魏茨泽克的涡旋理论与三个世纪前笛卡儿的旋涡理论有着奇妙的相似之处。2 弹性以太19 世纪初，光的波动说的发展，作为光波传播载体的弹性以太说取代了笛卡儿的旋涡以太。声波是在弹性媒质里传播的，因此，传播光波的媒质裁似乎也应该具有弹性机理。早期的光以太被认为是稀疏的弹性流体，这是为了说明以太对天体的运动几乎不显示阻力，以及以太能够很容易地渗透到透光物体的内部。但是，19 世纪 20年代前后，光的横波性质得到更明确的肯定，这给不能产生横向振动的流质以太带
6、来极大的困难。显然，光的偏振以及高频特点，要求光以太应该是具有足够大弹性的固态物质。另一方面，人们又不能完全放弃以太的流质特点。于是，光以太被设想为类似于沥青的物质，使之兼有固体和流体的优点。这种生硬的拼凑表明了物理学家的无可奈何，使本来就不可感知的以太加重了它的神秘性。3 电磁以太1865 年，麦克斯韦将光波纳入电磁波之后，光的弹性以太概念向电磁以太概念转变。法拉弟早就认为，如果接受光以太的存在，那么它可能是力线的荷载物。麦克斯韦认为，电磁以太是有电性表现的弹性以太，位移电流是由于以太电荷粒子的位移而形成的电流。后来，洛仑兹提出物体的电子结构理论，认为物体的运动并不拖动其中的以太。电磁以太除
7、了传播电磁振动之外，已没其它的力学性质了。洛仑兹为了使以太学说适应实验的进展，消除了电磁以太的机械图象，这样的电磁以太差不多已成为一个空架子，只是还可以用来标记绝对空间的存在。20 世纪初，狭义相对论的提出，一方面在惯性系中排除了优越惯性系，使绝对空间失去了存在的价值。另一方面，将电场及磁场真正统一为一个整体，它在不同的惯性系里有不同的电磁表现，从而使电磁场成为一个独立的物质客体。两方面的打击，使以太学说再也难以维持下去。电磁以太不得不让位于电磁场。正如爱因斯坦所说：“从狭义相对论的观点来看，以太假说首先是一种无用的假说。在电磁场方程中，除了电荷密度外，只出现场的强度。真空中电磁过程的进程看起
8、来好象完全取决于那条内在的定律，丝毫不受其他物理量的影响。电磁场是以最终的、不能再归结为别的东西的实在的身份而出现的，再假定一种无效的、各向同性的以太媒质，而那些电磁场必须理解为它的状态，它就尤其显得画蛇添足了。4 以太学说的物理学价值物理学理论不过是人对物质世界的近似模写和描述，人的认识过程也只是主观对客观的不断地逼进。以太思想的演变一直伴随着人类对客观世界认识的深入。以太学说对物理学的发展产生过重要作用。首先，以太学说主张太空不是虚空、真空并非真正是空的；其次，以太学说否认超距作用，否认不可入性。这些观点即使对现代物理学而言，仍然是物理思想中的精华。实际上，各种物质场不过是“以太”的发展。
9、量子场论的发展表明：真空确实不是绝对的虚空，它是量子场的一种特殊状态。它与物质粒子之间有相互作用，粒子可以当作是真空的激发态，它有涨落过程、极化效应、以及相变机制等物质属性。于是，真空再一次成为神秘复杂的背景媒质。而以太学说，不过是关于真空的前期理论。从这个意义上说，人们仍然在继续研究以太学说，使用以太思想。爱因斯坦在上述引文的同一篇文章中指出：“依照广义相对论，空间已经被赋予物理性质；因此，在这种意义上说，存在着一种以太。依照广义相对论，一个没有以太的空间是不可思议的；因为在这样一种空间里，不但光不能传播，而且量杆和时钟也不可能存在，因此也就没有物理意义上的空间一时间间隔。 ”1 衄爱因斯坦
10、的引力场理论，使得以太学说可能以新的引力以太形式借体还魂。但爱因斯坦同时指出：“不可认为这种以太会具有那些为有重媒质所特有的性质，也不可认为它是由那些能够随时间追踪下去的粒子所组成的；而且也不可能把运动概念用于以太。 1二.以太学说的否定“以太”是古希腊时期的重要概念，在哲学史和科学史上占有十分重要的地位。当然，与存在和原子等概念和范畴一样， “以太”内涵也有一个发展的过程。在古希腊哲学产生以前，赫西阿德就在神谱中提到了“以太” 。赫西阿德说，最初是“混沌” ，然后出现了“格亚”即“大地” ；“混沌”生出“黑暗”与“夜” ，从“夜”生出“以太”和“昼” ；“大地”最初生“乌朗诺斯”即“星空”
11、，然后生出“山脉”和“大海” ；最后产生“克鲁诺”和“雷亚” ，他们就是“宙斯”的父母，世界就这样产生了。在赫西阿德这里， “以太”是指更高一层的大气。赫拉克利特和巴门尼德曾谈到“以太” ，但二人所指略有不同。巴门尼德认为“以太”是一种包罗万象的实体，一切星体存在于其中。赫拉克利特则认为“以太”是一种与“逻各斯”相连的东西世界的本原是“火”：“这个世界对一切存在物都是同一的，它不是任何神所创造的，也不是任何人所创造的；它过去、现在和未来永远是一团永恒的活火，在一定的分寸上燃烧，在一定的分寸上熄灭。 ”1 “分寸”表明火的变化与运动、火与万物的相互转化是有规律的，这一规律就叫“逻各斯” 。 “逻
12、各斯”永恒存在着，不仅存在于客观世界，也存在于人的主观世界。 “逻各斯”是可以认识的，但多数人不能认识它。为什么?因为“逻各斯”是一种“以太”性质的东西，人们认识它需要用理性。一逻各斯是一种以太的物体，是创造世界的种子，也是确定了的周期的尺度。赫拉克利特的这一思想对阿那克萨戈拉有重大影响，阿那克萨戈拉直接将“以太”等同于“火” 。我们知道，阿那克萨戈拉提出了“种子说” 。认为宇宙万物都是由和本身性质相同的物质粒子即种子构成的，种-7=的数目无限多，性质各不相同。由此构成世界上形形色色、性质各异的事物。种子构成世界，是由两种基本力量决定的。一种是物质力量，即气和以太，它们从周围的物质中分离出来，
13、由于在数目和体积上占优势，因而能统治其它一切物质。 “气和以太这两种无限的物质压制着其他的一切。因为在全部物质中，这两种物质在数目和体积上是最占优势的。”但气和以太又被“奴斯”(心灵) 所推动， “奴斯”最终决定一切。“将来会存在的东西，过去存在过现已不复存在的东西，以及现存的东西，都为心灵所安排。同样地，现在分开了的星辰、太阳、月亮、气体和以太所进行的那种涡旋运动也为心灵所推动。 ”“奴斯”是精神还是物质，兹不具论，但仅仅看到“奴斯”的作用，忽视气和以太的作用也是不全面的。在阿那克萨戈拉那里。 “以太”具有如下意义：第一，它是一种物质；第二，它是无限的；第三，它在整个物质微粒中起主导作用。但
14、阿那克萨戈拉的这一思想却遭到柏拉图和亚里斯多德的批评。尽管二人的批评有所不同。主张理念论的柏拉图赞赏阿那克萨戈拉用“奴斯”解释世界，讨厌他引进“以太”作为世界产 l-I=的原因：“我的朋友，这个希望是多么美妙啊，但它马上破灭了。当我读下去的时候，我发现心灵在这个人手中变成了无用的东西。他没有把心灵确定为世界秩序的原因，而是引进了另一些原因，比如气、以太、水，以及其他许多稀奇古怪的东西。 ”1 亚里士多德批判了柏拉图的理念论，提出了实体说。他对阿那克萨戈拉的批评也与柏拉图不同。他指责阿那克萨戈拉没有区分“以太”和“火”：“在我看来。阿那克萨戈拉似乎就认为这个名称(指“以太”) 表示与火相同的东西
15、；因为他认为，上方的地点充满着火，当人们说到以太时，指的就是在 I-方的东西。”61“但是，阿那克萨戈拉却拙劣地误用了这个名称，因为他把以太称为火。 ”在亚里士多德看来， “以太(aithera)”是土、火、气、水之外的第五种元素，纯粹而神圣。它来自时间“永远(aei)” “在奔跑(thein)”：“由于认为原初物体是-I-、火、气、水之外的另一种存在物，他们就把这个最高的地点名之为以太 。这个名称来自于永恒的时间永远一在奔跑 。 “以太”不变乱、不质变、不受外来干扰，它与土、火、气、水等的关系是“以太在水中水在气中，气在火中，火在以太中，它们构成整个宇宙。 ” “以太”处在整个宇宙的最高处，
16、 “包围着神圣的物体以及它们有次序的运动轨道”这些神圣的物体有土星、木星、火星、金星、太阳和月亮等。 “以太”所构成的世界是诸神的住所，是无生灭变化的，而土水气火构成的世界则是有生死命运的家园。 “以太”说在托勒密宇宙体系中达到顶峰。托勒密继承亚里士多德思想，把宇宙看成一种有等级的体系，这主要体现在它们的物质构成中：地上物体由土、火、气、水四种元素组成，而天上物体由透明无重量的“以太”构成；地上的物质是速朽的，而天上的“以太”是永恒不朽的。这不过是亚里士多德以太说的翻版。中世纪之后，西方各国科学家在反对中世纪神学世界观的斗争中，欧洲先进的思想家们对非基督教的古代世俗文化发生了兴趣，以极大热情搜集整理文化典籍，发掘文化遗产，研究古代语言、历史、文艺、科学和哲学，仿照古典作品进行创作，这就是所谓文艺复兴。随着1543 年哥白尼天体运行论的发表，人类科学开始摆脱宗教束缚，逐步走向康庄大道。起初，走在最前列的是天文学和光学。当
