变幻莫测“以太-选题

论文导读：“电磁以太”统一之后，以太就成了电、磁、光的共同载体。到此，以太的成就达到了顶峰。18世纪、19世纪发展起来的电磁理论，为我们打开了自然的另一扇窗。1785年，法国物理学家库仑发现了著名的库仑定律。库仑定律和引力定律一样，也面临着作用机制问题，万恶的“超距作用”终于激起了人们的反抗。引领这次革命的是英国物
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在物理学的发展过程中，没有哪一个概念像“以太”这样，让人们如此纠结。它曾几次出现，又几次被证明是不存在的，或者是没有存在的必要。可是，每次当“以太”出现和退出的时候，物理学都会有革命性的突破。
最早的“以太”是以第五元素的身份出现在亚里士多德的万物理论之中。
17世纪，引力理论盛行。牛顿成为世界的宠儿，引力定律被奉为经典，可是牛顿的引力理论并没有说明引力的来源及其本质，只是给出了数量关系和作用方式。为了说明引力的产生机制，“以太”又一次出现在人们的面前，这次想到他的人是笛卡尔。笛卡尔提出物体周围存在着旋转的、稀薄的、不可见的以太；处于以太中的物体被吸卷着向中心的物体靠拢，这就是引力作用，这是以太第一次尝试着对引力的作用进行解释。漩涡以太把引力形象化，并且物体之间的相互作用也变得可以理解了。可是后来证明笛卡尔的漩涡理论是与人们对引力数值上的要求不相符，可见漩涡理论是不完备的。可是人们并没有完全抛弃它，若干年后，以太以新的身份出现在引力理论之中。
同时期，惠更斯在对光的本性的解释中，以太再次发挥了重要作用。这次以太是作为光的传播介质出现的。惠更斯坚信光是一种机械波，我们知道机械波的传播是需要介质的。所以以太被惠更斯赋予传播光的使命，称为“光以太”。“光以太”和后来提出的“电磁以太”统一之后，以太就成了电、磁、光的共同载体。到此，以太的成就达到了顶峰。
18世纪、19世纪发展起来的电磁理论，为我们打开了自然的另一扇窗。
1785年，法国物理学家库仑发现了著名的库仑定律。库仑定律和引力定律一样，也面临着作用机制问题，万恶的“超距作用”终于激起了人们的反抗。引领这次革命的是英国物理学家法拉第，法拉第称电荷周围存在着一种特殊的物质——电场，电场对放入其中的电荷有力的作用，这就很好地解释了电力的作用机制。比如，电荷O在周围空间激发电场，电场对放入其中的带电体q产生力的作用。这样就摆脱了超距作用的阴影，电场理论说明不是电荷Q和q产生力的作用，而是Q激发的电场对q产生力的作用。利用同样的理论，法拉第也解释了磁力的作用。方法就是引入磁场的概念。麦克斯韦利用数学工具把法拉第的场写入方程，称为麦克斯韦方程组。至此，场的概念深入人心。
法拉第建立了场的物理图景。麦克斯韦给了场精确的数学表述，现在，场的概念已深入人心。模仿电磁场，人们对引力理论做了下面的修正：所有有质量的物体都会在空间激发一个引力场，这个引力场会对处于场中的物体产生引力的作用。关于引力场的理论是爱因斯坦的广义相对论。在广义相对论中，爱因斯坦建立了引力场方程。利用引力场方程，爱因斯坦预言：光通过大质量的天体时会发生偏转，这个现象在1919年发生日全食时被爱丁顿观测到了，从而证明了理论的正确性。在理论上我们还可以证明牛顿的引力理论只是爱因斯坦引力场方程在宏观、低速条件下的近似。
场的概念被人们接受了，可当我们回头看的时候，发现“场”和以前的“以太”是如此的相似。原来“场”在某种意义上来说就是以太。有意思的是在狭义相对论中，爱因斯坦否定了以太的存在价值，而在广义相对论中场的应用又预示着以太的回归。
电磁场很好地解决了电磁现象中的困难。这个理论是如此的成功，我们不禁想到，是否可以用它去解决其他领域的困难呢?比如说一引力理论。模仿电磁场，人们假设任何物体周围也有一种特殊的物质，这就是引力场。经过长期的沉淀，“以太”终于可以再次对引力理论进行尝试了。爱因斯坦的引力场方程把引力理论场化，利用引力场方程我们就可以很好地研究引力问题了。而且我们可以证明牛顿的引力理论只是爱因斯坦引力场方程在宏观、低速条件下的应用。可是引力场是否可以成为引力理论的最终归宿?我们还需要一个实验上的证明，那就是“引力子”的存在证据。当人们找到引力子的时候，引力场也就是以太在物理学中全面胜利的时刻。我们有理由相信这一天不会太远了。
回顾以太理论的发展史，我们可以发现：以太其实是我们对自然界进行探索时用到的一个普遍的方法。当我们对未知的世界进行探索时，所能采用的方法只能是大胆地假设，然后在进一步的研究当中逐步地去验证和完善我们的假设。有些假设后来被证明是不正确的，而有些假设则被证明是正确的，从而发展成为一套物理理论。我们要以全局的观点来正确地看待以太，才能认识物理的发展，认识物理。这应该是“以太”给我们教育者一个教学理念的启示吧!
(作者单位河北省故城县郑口中学)