以太是什么？狭义相对论中的以太理论。

以太(或以太网的翻译；英语:ether或aether) Ether是希腊语，意为高空，指天上诸神呼吸的空气。在宇宙学中，它有时被用来表示占据天体空间的物质。以太真的存在吗？1905被称为爱因斯坦的“奇迹年”。这一年，在专利局做办事员的爱因斯坦连续发表了四篇影响深远的论文，解决了当时困扰物理学界的一些最重要的问题，改变了我们对时间、空间、物质和光的看法。最著名的是第三篇论文，提出了狭义相对论。虽然迈克尔逊-莫雷的以太风实验经常被介绍为巨相对论的关键实验，但爱因斯坦的相对论并不是为了解释这个实验的结果。那只是当时关于以太的一系列实验之一，爱因斯坦并没有当真。这是一篇非常奇特的论文。它没有引用任何文献，只提到了五位资深科学家的名字:牛顿、麦克斯韦、赫兹、多普勒和洛伦兹。如前所述，为了解释迈克尔逊-莫雷以太风实验的“零结果”，洛伦兹从麦克斯韦方程推导出，当物体运动时，物体中的电磁力会缩短物体在运动方向上的长度，从而抵消以太风的影响。这组方程被称为洛伦兹变换。爱因斯坦认为洛伦兹变换反映了更普遍的自然规律，而不是电磁力的作用。洛伦兹变换还可以从两个物理原理推导出来:相对性原理和光速不变原理。相对论是由伽利略首先提出的。它认为运动定律等价于任何不加速的参考系(即惯性参考系)。比如你在一辆时速100公里的车里，还是在一辆时速40公里的车里，运动规律应该是一样的，两者没有区别。从麦克斯韦方程可以得出结论，光在真空中总是以恒定的速度(每秒30万公里)传播。如果电磁现象也适用相对性原理，那么无论是在快车还是慢车上测光速，测得的结果应该是一样的。但根据经典力学，这是不可能的，因为任何物体运动速度的测量结果都与参考系的选择有关。如果在路边测得的车的速度是100km/h，那么如果在40 km/h的车上测，它的速度应该变成60 km/h而不是100km/h..光速应该差不多，在不同参照系下测得的结果不应该是常数。这样相对性原理和光速不变原理就有矛盾了，要么相对性原理错了，要么麦克斯韦电磁定律错了。所以当时的物理学家认为，相对论原理不适用于电磁定律，麦克斯韦的电磁理论只是建立在以太中相对静止的参照系中，也就是绝对空间中相对静止的参照系。但爱因斯坦认为，相对性原理和光速不变原理都是成立的，只是我们必须改变绝对时空的概念。把相对性原理和光速不变原理结合起来，就可以推导出洛仑兹变换，并由此推导出一些“奇怪”的结果，比如运动物体的长度收缩和时间变慢效应。时间和空间变得相对了。经典力学假设存在一个对所有观察者都一样的绝对空间和时间。假设有人在路边射箭，A在一旁看着。他看到射手与目标的距离是10米(空间间隔)，箭到达目标需要1秒(时间间隔)。b在行驶的车上同时观看了整个过程。B会看到和A一样的结果吗？常识和经典力学被认为是一样的，都是10米和1秒。爱因斯坦认为这个常识是错误的。根据相对论可以计算出，A和B看到的空间区间和时间区间其实是不一样的。空间和时间是相对的，取决于观察者的参照系。如果绝对时空不存在，那么就没有必要假设有以太空间作为绝对参照系。在狭义相对论中，以太成了多余的东西。如果以太不存在，迈克尔逊-莫雷的以太风实验只能得到“零结果”。同年，爱因斯坦发表了关于光电效应的研究成果，从另一方面解决了以太的问题。1887年，赫兹发现当光照射到金属上时，金属会发出电子，这就是所谓的光电效应。1902年，匈牙利-德国物理学家勒纳(1862-1947)指出，光电效应是金属中的电子吸收入射光的能量并逃逸的现象，发现逃逸电子的能量与入射光的强度无关，而是随着光频率的增加而增加。这个发现不能用光的波动理论来解释。但如果把光看成是由粒子组成的能流，就可以解释光电效应。这样，光就可以看作是具有波动性质的粒子，粒子不需要依靠介质来传播，光波的传播也不需要以太作为介质。以太存在的另一个理由也消失了。但是，并不是所有的物理学家都愿意立即放弃那些曾经被认为是理所当然的想法。洛伦茨仍然认为我们需要假设以太的存在，继续使用以太的概念，这与相对论并不矛盾。甚至爱因斯坦本人也做出了让步。1920年，他在洛伦兹所在的莱顿大学做了一个“以太和相对论”的报告，试图调和相对论和以太主义。他指出，狭义相对论虽然不需要以太的概念，但并没有否定它。根据广义相对论(将时空的相对性推广到引力)，空间具有物理属性，从这个意义上说，以太是存在的。他甚至说，根据广义相对论，没有以太的空间是不可想象的。爱因斯坦的“以太”其实只是广义相对论中规范场的一种变化，它不是物质的，与传统的以太没有任何相似性。从那以后，一些人继续寻找以太存在的证据。从1920年开始，米勒做了一系列的以太实验，到1925年，他宣布地球和以太的相对运动已经被测量出来。迈克尔逊等人立即重复了米勒的实验，但没有人能证实这个结果。在1929中，米勒自己也承认他的实验结果可能是错误的。但要人们彻底埋葬一个由来已久的传统观念，却不是那么容易的。直到现在，仍有人时不时地试图复兴以太，即使他们所谓的“以太”除了名称相同之外，与历史上的“以太”毫无关系。然而，对于大多数物理学家来说，“以太”已经像“燃素”、“热原”一样成为一个过时的概念。以前的物理学家认为，寻找以太的历史成了反面教材，这在一些人看来是一个可笑而愚蠢的举动。这种观点是不公平的。在19世纪，物理学家有充分的理由相信以太的存在。即使在以太风的实验中没有检测到以太的作用，也有其他的逻辑解释，并不否认以太的存在。就连相对论也只是认为没有必要假设以太的存在，并没有否认以太的存在。只是经过多年的实验和争论，物理学家们才逐渐达成了一个更加一致的观点。既然以太无法被探测到，也很难解释它的奇特性质，那么抛弃这个概念就比较容易了。"不应该不必要地添加实体."中世纪英国哲学家奥卡姆的威廉曾写过这句被称为“奥卡姆剃刀”的简短格言，后来被奉为科学研究和理性思考的原则。以太的概念现在被奥卡姆剃刀“啪啪啪”了:我们不再相信以太的存在，因为没有必要假设以太的存在。