乙太存在與否的爭辯 - 科學月刊

古典乙太被稱為近代西方哲學之父的法國哲學家、科學家、數學家笛卡兒（René Descartes, 1596~1650）謂「一個什麼都絕對沒有的真空或空間之存在是違反邏輯 ... 網頁 首頁 科學月刊/科技報導新網站 科學月刊粉絲專頁 2017年4月27日 乙太存在與否的爭辯 作者／賴昭正，前清大化學系教授、系主任、所長；合創科學月刊。

古希臘的乙太只是用來填補空間，而近代的空間則似乎有取之不盡的各種乙太 一個無所用之「虛無」空間是很難想像與接受的；相信是基於此，古希臘哲學家亞里斯多德（Aristotle）在其《談天空》（OntheHeaven）」一書裡，認為外太空不可能是「虛無」的，而是充滿了一種不變的「第一」元素（firstelement）：它不像地球上之土、水、空氣、及火四元素一樣可互變構成萬象。

後來的哲學家們漸漸改稱此一新元素為「第五」元素「乙太（aether或ether）」。

古典乙太 被稱為近代西方哲學之父的法國哲學家、科學家、數學家笛卡兒（RenéDescartes,1596~1650）謂「一個什麼都絕對沒有的真空或空間之存在是違反邏輯的」。

他認為流體「乙太」充滿了固體外的所有空間，所有固體就是靠其旋渦產生我們現在所謂的萬有引力現象。

1676年丹麥天文學家羅默（OleChristensenRømer）研究木星之衛星運動而認為光的傳播不是瞬間，而是有一定的速率；荷蘭物理學家惠更斯（ChristeaanHuygens）從其資料推導出光速為每秒16又2/3倍地球的直徑（70%現在公認值）。

因此當惠更斯於1678年提出光之波動，成功地解釋了光之折射與反射現象時，他認為光也像聲波藉空氣傳播一樣，是透過充滿所有空間之堅硬彈性粒子「乙太」碰撞來達成的。

可是光速比聲速快得多了，因此「乙太」粒子的彈性必須非常好。

1687年7月5日，牛頓（IssacNewton）發表「自然哲學的數學原理」，闡述了萬有引力及三大運動定律，奠定了此後300多年之天文學及力學的基礎。

但此書出版後，牛頓即受到不少攻擊，謂他超距離的作用力是將「超自然的神秘性」帶進科學。

因此他於1713年再版時，辯護謂他之所以未提出作用力是如何產生的，是因為他「不造假」來做為物理解釋的緣故。

雖然如此，但相信他也不停地在思考此問題；因此於1717年「光學」（Opticks）再版時，他終於還是忍不住提出其對萬有引力的看法：空間充滿了稀鬆的「乙太」，萬有引力的來源是因密度不同的原故（越重物體的周邊「乙太」越稀）。

他認為「乙太」也可能像光一樣是由微粒組成的。

1748年瑞士物理學家雷沙基（GeorgeLeSage）認為這些「乙太」微粒以非常高的速率在空間到處飛行，兩物體因相互遮攔這些撞擊而造成其間壓力降低，因此相吸：為萬有引力提供給了動力學基礎。

因深信力的傳播必定需要媒體及不信超距離作用，不少物理學家均不斷地提出「乙太」之存在與理論。

這些理論的一個共同點是：「乙太」像空氣或流體一樣無固定形態。

光乙太 1808年法國物理學家馬勒（ÉtienneLouisMalus）在研究光之反射現象時，發現了光的極化；因縱波不可能有極化現象，因此光顯然應是以橫波形式傳播：像水波一樣，波的起伏（振動）方向與前進方向垂直。

1817年另一法國物理學家菲涅耳（AugustinJeanFresnel）發展出光的橫波理論，成功地解釋了所有當時已知的光學現象！1860年代，英國物理學家馬克士威（James ClerkMaxwell）成功地統合了電磁現象，證明光也是一種電磁波後，電磁波的存在似乎是無可置疑的！ 這巨大的整合成就卻碰到一個問題：自19世紀中葉後，幾乎所有的科學家均認為宇宙是完全由物體組成、依牛頓力學運行的。

這「力學觀」的宇宙當然無法想像電磁場能在「虛無」之空間波動；他們認為光一定通過什麼可變形的「東西」──光乙太──到達我們的眼睛。

事實上連馬克士威自己本人也認為「波動可以在虛無空間傳播是難以想像的」：他甚至提出光如何在乙太中傳播的力學機制。

乙太被認為是靜止的、是馬克士威理論中光速定值的參考座標。

馬克士威電磁波理論及牛頓力學的成功，使「乙太」不再是那麼抽象，而是「呼之欲出」的物質：橫波振動只能在固態物體裡傳播，加上光速比聲速快得多了，因此如果「乙太」存在，它顯然應是相當堅硬、但又不能影響一般物體的運動。

僅管這是很難想像的「東西」，但卻阻止不了物理學家開始認真地考慮偵測它的實驗。

其中最有名也是影響後來理論物理發展最大的應首推1887年之「麥可森–莫利」（MichelsonMorley）實驗了。

歷史上最「失敗」的實驗 麥可森（AlbertA.Michelson）1852年出生於現在的波蘭，兩歲時隨父母移民到美國。

於1869年被總統「保送」到美國海軍官校後即顯示出其在光學、熱學、氣象學及繪圖上的天份。

麥可森對測量光速有特別濃厚的興趣，1877在海軍官校任物理及化學講師時，即在課堂上展示其測量光速的實驗。

幾經改良，他於1879年量得光在空氣中的速率為每秒299864±51公里，只比現在之公認值大了72公里。

1881年在歐洲遊學時，他開始發展「麥可森干涉儀（Michelsoninterferometer）」。

兩年後，他接受俄亥俄州凱斯西儲大學之聘，成為該校之物理教授，專心注力於發展及改進干涉儀。

1887年他決定與莫利教授（EdwardA.Morley）合作，用干涉儀測量地球與乙太的相對運動速率。

1892年擔任剛成立之芝加哥大學的首屆物理系主任，1907年因「光學精確儀器及使用它來做分譜學與度量衡學的研究」而成為第一位獲得諾貝爾物理獎的美國科學家！ 1887年8月，麥可森寫給雷利爵士（LordRayleigh）的一封信謂：「偵測地球與乙太之相對運動已經完成了，結論毫無疑問是負的。

」地球以每秒30公里左右繞太陽運轉，加上自轉，因此每天、每時、每刻與乙太之相對運動速率都在變；但不管麥可森及莫利什麼時候做、儀器怎麼放，他們測出來的最高速率v大約只有每秒4~8公里而已。

他們認為這是在實驗的誤差之內，因此下結論說：如果乙太存在，地球與乙太的相對運動速率為零！這有兩種可能的解釋：在地球表面之乙太被地球拖著走；或根本沒有乙太。

......【更多內容請閱讀科學月刊第569期】 於 11:16 張貼者 科學月刊／科技報導 分類： 05-物理, 05月號(569)-不只是科學少數女性關鍵力 較新的文章 較舊的文章 首頁 593期內頁試閱！ 站內搜尋 科月檔案櫃 科月檔案櫃 六月2019(1) 五月2019(1) 四月2019(23) 三月2019(22) 二月2019(25) 一月2019(23) 十二月2018(27) 十一月2018(24) 十月2018(24) 九月2018(22) 八月2018(24) 七月2018(25) 六月2018(23) 五月2018(22) 四月2018(26) 三月2018(18) 二月2018(21) 一月2018(25) 十二月2017(23) 十一月2017(25) 十月2017(21) 九月2017(23) 八月2017(24) 七月2017(26) 六月2017(41) 五月2017(1) 四月2017(24) 三月2017(24) 二月2017(24) 一月2017(28) 十二月2016(12) 十一月2016(23) 十月2016(30) 九月2016(21) 八月2016(38) 七月2016(27) 六月2016(2) 五月2016(39) 四月2016(16) 三月2016(21) 二月2016(25) 一月2016(22) 十二月2015(22) 十一月2015(19) 十月2015(19) 九月2015(24) 八月2015(18) 七月2015(22) 六月2015(3) 五月2015(37) 四月2015(20) 三月2015(22) 二月2015(22) 一月2015(8) 十二月2014(37) 十一月2014(19) 十月2014(1) 九月2014(27) 八月2014(16) 七月2014(17) 六月2014(20) 五月2014(19) 四月2014(17) 三月2014(37) 二月2014(1) 一月2014(32) 十二月2013(16) 十一月2013(21) 十月2013(21) 九月2013(20) 八月2013(20) 七月2013(19) 六月2013(19) 五月2013(19) 四月2013(19) 三月2013(14) 二月2013(1) 一月2013(1) 十二月2012(2) 十一月2012(2) 十月2012(2) 九月2012(1) 八月2012(5) 六月2012(2) 五月2012(1) 四月2012(1) 三月2012(1) 二月2012(1) 十二月2011(19) 九月2011(2) 八月2011(7) 七月2011(8) 六月2011(1) 五月2011(13) 四月2011(25) 三月2011(2) 二月2011(2) 一月2011(9) 十二月2010(19) 十一月2010(21) 十月2010(27) 九月2010(21) 八月2010(19) 七月2010(23) 六月2010(20) 五月2010(30) 四月2010(17) 三月2010(24) 二月2010(20) 一月2010(14) 十二月2009(18) 十一月2009(24) 十月2009(15) 九月2009(27) 八月2009(27) 七月2009(24) 六月2009(23) 五月2009(24) 四月2009(15) 三月2009(18) 二月2009(23) 一月2009(21) 十二月2008(17) 十一月2008(2) 十月2008(1) 九月2008(2) 八月2008(1) 七月2008(1) 六月2008(3) 十二月2002(1) 十二月2000(1) 一月1977(1) 文章分類 00-專輯目錄 01-科學評論 02-科學新聞 03-編輯手記 04-數學 05-物理 06-生物 07-化學 08-地科 09-光譜 10-生化 11-科教 12-科技 13-科學史 14-專訪 15-書評 16-閱讀推薦 17-活動 18-大家談 19-勘誤 20-其它 21-非‧關科學 22-回顧 2019專輯 01月號(589期)-啟動心智秘境 02月號(590)-豬的時代 03月號(591期)-臺灣古生物 04月號(592期)-高樓．映像 05月號(593期)-伴．毛小孩 2018專輯 01月號(577期)-氣象預報 02月號(578)-重力波 03月號(579期)-生物辨識 04月號(580期)-AI人工智慧時代來臨 05月號(581)-看見聲音的景色 06月號(582期)-滋容養顏兩三事 07月號(583期)-藥品包裝 08月號(584期)-食蟲 09月號(585期)-大麻 10月號(586期)-科幻 11月號(587期)-啤酒生活 12月號(588期)-諾貝爾獎特別報導 2017專輯 01月號(565期)-薄膜分離技術 02月號(566)-錄音工程 03月號(567期)-電影技術 04月號(568)-描繪世界的方法 05月號(569)-不只是科學少數女性關鍵力 06月號(570期)-南海科學 07月號（571期）-資料科學 08月號(572期)-蝦 09月號(573期)-藻礁 10月號(574期)-音樂心理 11月號(575期)-區塊鍊與比特幣 12月號(576期)-諾貝爾獎特別報導 2016專輯 01月號(553期)-幾丁質大革命 02月號(554期)-綠色溶劑 03月號(555期)-實驗動物 04月號(556期)-氣象觀測 05月號(557期)-福衛五號上陣 06月號(558期)-生物大數據 07月號(559期)-直擊大腦的神祕宇宙！ 08月號(560期)-新世代女科青 09月號(561期-)基因開關 10月號(562期)-地震新情報 11月號(563期)-真實生物X寶可夢 12月號(564期)-諾貝爾獎特別報導 2015專輯 01月號(541期)-法布爾的昆蟲世界 02月號(542期)-森林新思維 03月號(543期)-影像世界中的巧妙數學 04月號(544期)-濕地大探索 05月號(545期)-光科學年代 06月號(546期)-全球暖化海洋遇難 07月號(547期)-重返土壤 08月號(548期)-廣義相對論百年 09月號(549期)-癌症免疫療法 10月號(550期)-莫斯利與原子序 11月號(551期)-布爾代數 12月號(552期)-諾貝爾獎特別報導 2014專輯 01月號(529期)-再生醫學 02月號(530期)-汽車科技 03月號(531期)-臺灣的科學傳播:現在和未來 04月號(532期)-產能與節能的新觀念 05月號(533期)-科學、數學，動手玩 06月號(534期)-物聯網 07月號(535期)-鑑識科學 08月號(536期)-微機電系統的應用 09月號(537期)-張昭鼎紀念研討會:網路與科普 10月號(538期)-意猶未盡的急速:4G 11月號(539期)-結晶學百年解密 12月號(540期)-諾貝爾獎特別報導 facebook 追蹤者 本站流量 網站啟事 於版權問題如有任何疑慮，請洽編輯部。

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