什么叫以太?在狭义相对论有关以太的理论。

2025-01-01 09:05:02
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回答1:

以太(Ether)(或译乙太;英语:ether或aether) 以太是希腊语,原意为上层的空气,指在天上的神所呼吸的空气。在宇宙学中,有时又用以太来表示占据天体空间的物质。以太是不是真的存在   1905年被称为爱因斯坦的“奇迹年”。这一年,还在专利局当职员的爱因斯坦接连发表了4篇影响深远的论文,解决了困扰当时的物理学界的一些最重要的难题,改变了我们对时间、空间、物质和光的看法。其中最著名的是第3篇论文,它提出了狭义相对论。虽然迈克尔逊-莫雷的以太风实验后来经常被作为兆示相对论的关键实验介绍,但是爱因斯坦提出相对论并不是为了解释该实验的结果。它只是当时一系列关于以太的实验之一而已,爱因斯坦并没有认真对待它。这是一篇非常奇特的论文。它没有引用任何文献,只提到了5个前辈科学家的名字:牛顿、麦克斯韦、赫兹、多普勒和洛伦兹。前面提到,洛伦兹为了解释迈克尔逊-莫雷以太风实验的“零结果”,根据麦克斯韦方程推导出当物体运动时,物体内的电磁力会让运动方向上的物体长度缩短,因而抵消了以太风的影响。这套方程式被称为洛伦兹变换。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。根据两条物理原理也可以推导出洛伦兹变换:相对性原理和光速不变原理。   相对性原理最早是伽利略提出来的,它认为对于任何不做加速运动的参照系(即惯性参照系),运动定律都是等价的。例如,不管你是在一辆时速100 公里的车上,还是在时速40公里的车上,运动定律都应该是一样的,二者没有区别。从麦克斯韦方程可以得出,光在真空中总是以恒定的速度(每秒30万千米)传播。如果电磁现象也适用相对性原理的话,那么不管是在快车还是在慢车上测量光速,测得的结果都应该是相同的。但是根据经典力学,这是不可能的,因为任何物体的运动速度的测量结果和参照系的选择有关。如果在路边测量一辆车的时速是100公里,那么在时速40公里的车上测量,它的时速就应该变成了60公里,而不会还是100公里。光速也应该类似,用不同的参照系测量的结果不应该恒定不变。这样,相对性原理和光速不变原理就出现了矛盾,要么相对性原理不对,要么麦克斯韦电磁规律不对。因此当时的物理学家认为,电磁规律不适用相对性原理,麦克斯韦电磁理论只在相对以太静止,也就是相对绝对空间静止的参照系中才成立。但是爱因斯坦认为,相对性原理和光速不变原理都是成立的,只不过我们必须改变绝对时空的观念。把相对性原理和光速不变原理结合起来,就能推导出洛伦兹变换,由此又可以推导出一些“奇怪”结果,例如运动物体的长度收缩、时间变慢效应。时空变成相对的了。经典力学假定存在一个对所有的观察者来说都是一样的绝对空间和时间。假设有人在路边射箭,甲在旁边观看,他看到射手和靶之间的距离是10米 (空间间隔),箭从射出到中靶用了1秒钟(时间间隔)。乙在行驶的车上同时观看了整个过程。乙看到的结果会和甲一样吗?常识和经典力学都认为是一样的,都是10米和1秒。爱因斯坦则认为这个常识是不对的,根据相对论可以算出甲和乙看到的空间间隔和时间间隔实际上并不一样。空间和时间是相对的,取决于观察者所在的参照系。如果绝对时空不存在,那么就无需假定存在迷漫太空的以太作为绝对参照系。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-莫雷的以太风实验当然只能获得“零结果”。   在同一年,爱因斯坦发表有关光电效应的研究结果,从另一方面解决了以太的问题。1887年,赫兹发现光照射到金属上时,金属会发射出电子,称为光电效应。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了入射光的能量而逸出的现象,并发现逸出的电子的能量高低与入射光的强度无关,而随着光的频率增加而增高。这个发现没法用光的波动理论来解释。但是如果把光看成是由粒子组成的能量流,就可以解释光电效应。这样,光就可以当成是具有波的性质的粒子,粒子是不需要靠媒介来传播的,光波的传播也就不需要以太这种介质了。以太存在的另一个理由也消失了。但并不是所有的物理学家都愿意立即抛弃一度被认为是理所当然的观念。洛伦兹仍然相信我们需要假定以太的存在,继续使用以太的概念,认为它与相对论并不矛盾。甚至爱因斯坦本人也做了让步。他在1920年在洛伦兹所在的莱顿大学做了一个“以太与相对论”的报告,试图调和相对论和以太论。他指出,狭义相对论虽然不需要以太的概念,但是并没有否定以太,而根据广义相对论(把时空相对性推广到引力现象),空间具有物理性质,在这个意义上,以太是存在的。他甚至说,根据广义相对论,没有以太的空间是无法想像的。爱因斯坦所说的“以太”其实只是把广义相对论中的度规场换了个说法,并不具有物质性,和传统意义上的以太没有相似之处。   此后还有人继续寻找以太存在的证据。从1920年开始,米勒做了一系列以太实验,并在1925年宣布测量到地球与以太之间的相对运动。迈克尔逊和其他人立即重复米勒的实验,但是没有人能证实其结果。1929年,米勒本人也承认他的实验结果可能是错误的。   但是要人们彻底地埋葬一个沿用已久的传统观念并不那么容易。直到现在还有人时不时地试图复活以太,即使他们所谓的 “以太”和历史上的“以太”除了名称相同,没有任何别的关联。不过,对大多数物理学家来说,“以太”已和“燃素”、“热素”一样,成为了过时的概念。以前的物理学家相信、寻找以太的历史成了反面教材,在某些人看来似乎是一种可笑的愚蠢举动。这种看法并不公平。在19世纪,物理学家们有很好的理由相信以太的存在,即便以太风实验没能检测到以太的作用,也还可以有别的合乎逻辑的解释,并没有否定以太的存在。甚至相对论也只是认为假定以太的存在是多余的,并没有否定以太的存在。只有在经过了多年的实验和辩论以后,物理学家们才逐渐有了比较一致的看法,既然以太无法被检测到,也难以解释其奇怪的性质,还不如抛弃这个概念更加简单。“不应无必要地增加实体。”中世纪英国哲学家奥卡姆的威廉曾经写下的这句被称为“奥卡姆剃刀”的简短格言,后来也被当作科学研究和理性思维的一条原则。以太的概念在现在就是被奥卡姆剃刀给“喀嚓”掉的:我们不再相信以太的存在,因为没有必要假设以太的存在。

回答2:

以太就是构成宇宙的物质,狭义相对论没有明确记载以太。。只是爱因斯坦创立相对论的时候说过,物理学在任何参考系上定论都是相同的,所以以太的有无根本毫无意义

回答3:

以前有人认为太空中有以太这物质,麦克斯韦电磁理论是相对于以太的,以太即特殊参考系,狭义相对论说没特殊参考系,即否认以太