前兩節視頻，我們說了牛頓力學中為什麼非要假設出絕對空間，也解釋了什麼是慣性系，慣性的由來，以及慣性質量是怎麼回事。

絕對空間可以說是牛頓力學中的一個很不自然的假設，常常被人挑出來批判，除了這個，大家應該還知道，在牛頓力學中，還有一個假設，它是推倒經典力學大廈的導火索，以太。

以太這東西看不見，摸不着，誰也沒見過它長啥樣子，比絕對空間還要玄乎，純粹就是一個人類思想的産物。

最早提出以太的人是亞裡士多德，他提出以太這種物質是想将天上和地下區分開來，認為天上的物質是由以太組成的，地上的物質就是四元素：水、火、氣、土。

亞裡士多德描述出來的以太，還略帶神秘主義的色彩，跟上帝多少有點牽連，真正給以太賦予科學意義的人是17世紀的笛卡爾，可能大家不知道的是，笛卡爾曾經在牛頓之前還提出了一個宇宙模型：漩渦宇宙模型。

說的是，以太充滿了整個宇宙，太陽在其中轉動的時候形成了漩渦，這個漩渦就帶動了各大行星的運轉。

雖然這個模型是錯的，但是這也算是對天體為什麼運轉的第一個動力學解釋，牛頓雖然沒有接受笛卡爾的說法，但是他把以太繼承了下來。

牛頓覺得，以太雖然對他的宇宙模型沒有作用，他的引力足以解釋一切，但是把以太丢了貌似也顯得沒有必要，而且充滿整個宇宙空間的以太，還可以強調絕對空間的存在。

所以保留以太也是個不錯的選擇。奇怪的是，一直以來不僅沒有人質疑過以太的真實性，甚至還在1887年以後，物理學家們又賦予了以太新的物理學意義，認為它是光傳播的媒介。

你可能想問，科學家為何會對以太這麼鐘情？

這就是我們接下來要說的，牛頓力學和電磁學的矛盾。

我們對電磁學的研究，分為了兩條主線，一條是對光的研究，這條路走得非常的漫長，争論不僅激烈，而且曠日持久，關于光的本質性問題，之前的量子力學系列，已經把光快講爛了，所以這裡就不再贅述了。

另外一條主線是對電和磁現象的研究，這條線進展得比較順利，19世紀初的時候，人們就發現了電和磁之間可能存在某種關聯，比如通電導線可以讓羅盤指針偏轉，可以吸引鐵屑等等，什麼庫侖定理，高斯定理，安倍定則，到了19世紀50年代，法拉第就發現了電磁感應定律，這些電學和磁學中的力學規律都應運而生。

1865年，麥克斯韋在前人的基礎上用一組方程描述了電磁現象，統一了電和磁這兩種看似獨立的現象，并且預言了電磁波的存在。

如果說牛頓的《原理》開創了現代理論研究的範本，那麼麥克斯韋方程組則定義了物理數學形式的範本。因為麥克斯韋方程組天生的對稱性讓所有物理學家感到驚歎，它天生就符合洛倫茲協變性，當然這是後話，我們在講到廣義相對論的時候，還會在提到，洛倫茲協變性的重要性。

我們接着說：

當麥克斯韋寫出描述電磁現象的方程組，并把法拉第的一些重要的實驗數據代入方程以後，計算出了電磁波的傳播速度，一秒30萬公裡。

這跟當時測量得出的光速幾乎一緻，所以麥克斯韋就大膽地預測，光就是一種電磁波，是空間中垂直交替振蕩的電場和磁場。

1887年赫茲就在實驗室制造出了電磁波，這時人們已經确立的光的波動性，正愁無法解釋光波的性質，電磁波的發現就讓人們對光的波動性有了更深刻的了解。

所以說，麥克斯韋在統一電學和磁學的時候，也順便統一了光學，這是人類對光認識的一個本質性的飛躍。

現在人們手裡就有了兩套理論，一個是描述物質之間相互作用的動力學理論，牛頓力學，一個是描述電磁現象的動力學理論，電動力學。由于電動力學總的思想還是來自于牛頓力學。

所以人們就想着把電動力學納入到牛頓力學當中，不過很快就發現了兩者之間存在矛盾。

首先，麥克斯韋描述光速的方程中，光速隻跟兩個沒有方向的标量有關，一個是真空磁導率，一個是真空電容率，這表明光在真空中傳播的時候，不管朝哪個方向，速度都是一樣的，也就是恒定的速度。

而在牛頓力學中，不談參照系就說速度是沒有意義的，那麼光速一秒30萬公裡，是相對于誰的速度？

而且它還朝各個方向都是每秒30萬公裡，這不禁讓人覺得在宇宙中有一個更大的絕對靜止的參照系，人們就隻能想到是絕對空間。

其次，光既然是一種波動，那麼光傳播的介質是什麼？你可能會想為什麼非要給光找個介質，它不需要介質不行嗎？

在當時物理學家的眼裡，還真就不行。因為當時人們認識到的波，不是聲波就是水波，它們的傳播都需要介質來進行，而且聲波和水波說到底都是物質顆粒的振動形成的。

比如水波就是水分子的上下振動，聲波就是空氣分子的前後振動，因此在這種慣性思維裡，人們就認為波場其實就是物質場，有物質的地方才能有波，沒有物質的地方就沒有波。

并且當人們把光波類比成水波的時候，同樣能解釋當時看到的幹涉和衍射現象。所以光波的傳播肯定需要介質。

這個介質在宇宙中處處均勻，絕對靜止，無處不在，人們理所當然地就想到了以太。因此為了解決兩個理論之間的矛盾，隻需要引入以太這個完美的介質，就可以輕而易舉地讓兩個理論變得互相融洽，這是所有物理學家都希望看到的結局。

所以以太的存在，在當時已經被當作了一個基本事實去對待。這就是為什麼牛頓力學要引入以太的原因，這也是為什麼當人們沒有檢測到以太的時候，所有人都無法接受這個事實。

隻有小愛同學另辟蹊徑，大膽接受，否定以太，在牛頓力學和電磁學之間，他毫不猶豫地選擇了後者。

好了，今天的内容就到這裡，下節課我們說，曆史上最偉大的失敗。這是講相對論的所有書籍中，都不能避開的實驗，因為它太重要了。

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