第拿泪对论 中8.12“以太”理论及其困难 国 以太”的提出,是为了解释光在真空中以及高速的 科)空间中都能传播这一事实。当时,认为光必须有一个载 学围体才能传播,而这种载体当光在真空中传播时更显得必 技 要,为了解释真空不空,笛卡儿(1596~1650)于十七世 米息纪第一个提出了“以太”的假说、并把“以太”描述为 2以太是充满整个空间的一种物质,真空中没有空气,但 大却有这种无所不入的“以太”。 学 至十九世纪上半叶,当光具有波动性被大多数物理 学家承认时,以太假说又获得了新的支持,于是十九世 纪末的物理学界,牢固地确立了一种思想,认为有一种 杨到处存在的、能穿透一切的介质,并充满所有物质的内 维部和它们之间的空间,它的作用是作为传播光波的基础 纮回惠更斯把它叫作“以太”(光以太),后来又被叫做法 拉第管(电磁以太),被认为是引起带电体和磁化构体 之间相互作用的原因
8.1.2 “以太”理论及其困难 “以太”的提出，是为了解释光在真空中以及高速的 空间中都能传播这一事实。当时，认为光必须有一个载 体才能传播，而这种载体当光在真空中传播时更显得必 要，为了解释真空不空，笛卡儿（1596~1650）于十七世 纪第一个提出了“以太”的假说、并把“以太”描述为： 以太是充满整个空间的一种物质，真空中没有空气，但 却有这种无所不入的“以太”。 至十九世纪上半叶，当光具有波动性被大多数物理 学家承认时，以太假说又获得了新的支持，于是十九世 纪末的物理学界，牢固地确立了一种思想，认为有一种 到处存在的、能穿透一切的介质，并充满所有物质的内 部和它们之间的空间，它的作用是作为传播光波的基础。 惠更斯把它叫作“以太”（光以太），后来又被叫做法 拉第管（电磁以太），被认为是引起带电体和磁化物体 之间相互作用的原因。 中 国 科 学 技 术 大 学 杨 维 纮
第拿泪对论 中8.12“以太”理论及其困难 国 科 学 麦克斯韦的工作使这两种假想的介质统一起来 了。他指出光是传播的电磁波,并建立了一个优美 技 的数学理论,把所有涉及光、电和磁的现象结合在 术 2起。光以太也就是电磁以太。这时“以太”的存 大 在似乎无可置疑了。但是,如果用描写气体、固体 学 和液体这类常见介质的办法来描写以太那是不可能 的。这些都导致了难以解决的矛盾。不管对于光以 太还是电磁以太,这些矛盾都是显而易见的。 杨 维 纮
8.1.2 “以太”理论及其困难 麦克斯韦的工作使这两种假想的介质统一起来 了。他指出光是传播的电磁波，并建立了一个优美 的数学理论，把所有涉及光、电和磁的现象结合在 一起。光以太也就是电磁以太。这时“以太”的存 在似乎无可置疑了。但是，如果用描写气体、固体 和液体这类常见介质的办法来描写以太那是不可能 的。这些都导致了难以解决的矛盾。不管对于光以 太还是电磁以太，这些矛盾都是显而易见的。 中 国 科 学 技 术 大 学 杨 维 纮
第拿泪对论 中8.12“以太”理论及其困难 国 首先,理论上遇到的困难是无法解释光为什么没有纵波 科 因为光的传播速度很大,因此要求切变模量很大,即介 学质刚性很强(很硬)。如果这样的介质(宇宙以太)充满了 技 我们周围整个空间的话,我们怎么能在地上跑来走去,行星 术 又怎能千百万年地绕太阳转动而丝毫不受阻力呢?因此这种 23“光以太”本身就具有很大的矛盾性。 大 英国的物理学家开尔文爵士,为了解决以上矛盾,认为 学 宇宙以太有着类似鞋匠所用的鞋胶或鞋腊那样的性质,这类 物质具有二种“可塑性”,当快速加上强力作用时,它们能 杨 象玻璃那样断开、但在很弱的力(例如它们本身的重力)的 维□作用下,它们会象液体那样流动。他认为在光波的情况下, 力的方向每秒要改变千百万次,这宇宙以太的行为就象硬的 纮回弹性物质那样,而在人、行星或恒星的缓慢得多的运动情况 下,它实际上不会产生什么阻力
8.1.2 “以太”理论及其困难 首先，理论上遇到的困难是无法解释光为什么没有纵波。 因为光的传播速度很大，因此要求切变模量很大，即介 质刚性很强（很硬）。如果这样的介质（宇宙以太）充满了 我们周围整个空间的话，我们怎么能在地上跑来走去，行星 又怎能千百万年地绕太阳转动而丝毫不受阻力呢？因此这种 “光以太”本身就具有很大的矛盾性。 英国的物理学家开尔文爵士，为了解决以上矛盾，认为 宇宙以太有着类似鞋匠所用的鞋胶或鞋腊那样的性质，这类 物质具有一种“可塑性”，当快速加上强力作用时，它们能 象玻璃那样断开、但在很弱的力（例如它们本身的重力）的 作用下，它们会象液体那样流动。他认为在光波的情况下， 力的方向每秒要改变千百万次，这宇宙以太的行为就象硬的 弹性物质那样，而在人、行星或恒星的缓慢得多的运动情况 下，它实际上不会产生什么阻力。 中 国 科 学 技 术 大 学 杨 维 纮
第拿泪对论 中8.12“以太”理论及其困难 国 科 学 对于以太,人们往往以旧的观念加以认识 如俄国化学家门捷列夫在他的元素周期表中曾 术 把宇宙以太列为周期表中原子序数等于零的物 质。 大 学 若以太真的存在,则相对于以太静止的 参考系是最精确的惯性参考系(绝对静止参 杨 考系)。称以太参考系为绝对参考系,相对 维 于以太的运动为绝对运动 纮
8.1.2 “以太”理论及其困难 对于以太，人们往往以旧的观念加以认识。 如俄国化学家门捷列夫在他的元素周期表中曾 把宇宙以太列为周期表中原子序数等于零的物 质。 若以太真的存在，则相对于以太静止的 参考系是最精确的惯性参考系（绝对静止参 考系）。称以太参考系为绝对参考系，相对 于以太的运动为绝对运动。 中 国 科 学 技 术 大 学 杨 维 纮
第拿泪对论 中8.1.2“以太”理论及其困难 国1.菲素实验 水入口 科 在菲素的原始实验 学酬中,发现光在流水中的 技速度不同于静水中的数 术液体中的速度“般地可.4 大 以用如下的经验公式表 光源 E|水出口 学题示: 干涉条纹 eW=±Kv,K=1 图8.3菲素实验 杨 维式中n是水的折射率,K值正是1817年由菲涅耳从理论 盆回汇推导出的结果。只不过菲索的实验值为046,而理论 值为044
8.1.2 “以太”理论及其困难 1. 菲素实验 在菲素的原始实验 中，发现光在流水中的 速度不同于静水中的数 值，并且得出光在运动 液体中的速度一般地可 以用如下的经验公式表 示： 2 1 , 1 n Kv K n c V = = − 式中 n 是水的折射率，K 值正是1817年由菲涅耳从理论 上推导出的结果。只不过菲索的实验值为0.46，而理论 值为0.44。 中 国 科 学 技 术 大 学 杨 维 纮