以太（英語：Aether，Ether）原本是古希臘哲學家亞里士多德所設想的一種物質，物質現象界的萬物生存在其內，是除了水、火、氣、土四大基本元素之外的第五元素。以太的概念在多種理論中被用來解釋幾種自然現象，例如光和重力的傳播。19世紀末，物理學家假設以太滲透到空間中，提供了光可以在真空中傳播的介質，但在邁克爾遜-莫雷實驗中并沒有發現這種介質存在的證據，這一結果表明，可能不存在發光的以太。
17世紀時，開普勒用以太說明太陽怎樣使行星運行不息，吉爾伯特環形山用它去解釋磁力吸引，哈維認為以太是把太陽熱力傳給生物心臟與血液的媒介。以后，艾薩克·牛頓和克里斯蒂安·惠更斯都用以太解釋光的傳導。19世紀60年代英國物理學家詹姆斯·麥克斯韋認為以太是一種無所不在的傳導光和電的介質（電磁場）。20世紀初，阿爾伯特·愛因斯坦建立起相對論理論，以太假說至此沒落。
詞源
以太（Ether、Aether），又名阿卡夏（Akashic），古希臘人以其泛指青天或上層大氣。“以太”這一概念在古希臘哲學中即已出現，名稱來自于象征永恒時間的“永遠”（aithera）、“在奔跑”（aei）等詞。古希臘哲學家泰利斯（Thales，又譯：泰勒斯）認為以太是空氣的蒸發”；畢達哥拉斯斯學派認為，氣是一種冷的以太；古希臘哲學家亞里士多德認為，物質元素除了水、火、氣、土之外，還有一種第五元素，即：天空上層的以太。在西方近代自然科學發展中，“以太”重新被人們作為一種假設的物質提出來，用以解釋某些自然現象。近代時期，荷蘭物理學家克里斯蒂安·惠更斯和英國物理學家羅伯特·胡克提倡光的波動說，以太被定義為光波傳播的媒介，這時期的以太便稱為“發光以太”或“光以太”。
歷史
古代時期
以太是一個歷史上的名詞，它的涵義隨歷史的發展而發展，其內涵隨物理學發展而演變。“以太”一詞是英文Ether或Aether的音譯。古希臘人以其泛指青天或上層大氣。古希臘哲學家泰利斯（Thales，又譯：泰勒斯）認為以太是空氣的蒸發”；畢達哥拉斯斯學派認為，氣是一種冷的以太；在亞里士多德看來，物質元素除了水、火、氣、土之外，還有一種居于天空上層的以太。亞里士多德認為，以太名稱來自于“永遠”（aithera）、“在奔跑”（aei），這種元素是除了水、火、土、氣之外的原初物質，在最高的地點。
近代時期
17世紀
17世紀是以太學說盛行的重要歷史時期，這時期的以太便稱為“發光以太”或“光以太”。17世紀的勒內·笛卡爾是一個對科學思想的發展有重大影響的哲學家。他將以太引入物理學，并據此建立了以太旋渦說，以此解釋太陽系內各行星的運動。在笛卡爾看來，物體之間的所有作用力都必須通過某種中間媒介物質——以太來傳遞，笛卡爾相信空間不可能是一無所有的，它被以太這種媒介物質所充滿。
荷蘭人惠更斯和英國人羅伯特·胡克提倡光的波動說，該學說假定空間具有無所不在的以太，以此作為波動媒介。關于光的運動，惠更斯認為，所有“液態”發光物質的表面都由微粒組成，而這些微粒的震動會產生對以太物質的撞擊效應，從而引起光的運動。在當時，惠更斯也強調以太與空氣的區別，他指出，能夠傳播聲音的介質并不能夠傳播光。牛頓雖然在光學上提倡射流說（微粒說），但他也借助以太的稀疏和壓縮來解釋光反射和折射，甚至假想以太是造成引力作用的可能原因，例如牛頓認為，以太通常會附著在物質上并產生密度不等的以太層；牛頓進一步認為，在光通過小刀邊緣的“折射”現象中，密度不等的以太起了重要作用。
18世紀
18世紀，以太理論沒落，超距觀點占了主導地位。1713年，以太理論的反對者，物理學家科茨為牛頓的著作《自然哲學的數學原理》第二版作序，該序言以大量文字攻擊勒內·笛卡爾的渦旋以太論。該序文中雖然沒有引用“超距作用”一詞，但他在抨擊以太論的同時認為宇宙中存在真空，這一觀點無形中讓人們以為牛頓的引力定律是倡導超距作用的。超距和近距兩種對立觀點在18世紀初爭論激烈。甚至于出現了這樣的情形：法國笛卡兒主義者在反對超距作用的同時，也否認引力的平方反比定律；牛頓追隨者為捍衛牛頓的學說，又反對包括以太在內的全部笛卡兒觀點。由于引力定律在說明太陽系內的星體運動獲得極大成功，而對于以太的探索卻未有任何實際結果，超距作用觀點因而占據有利地位。光的波動說也被放棄了，微粒說得到廣泛的承認。
19世紀
19世紀，以太論獲得復興和發展，首先是從光學開始的，這主要是物理學家托馬斯·楊和菲涅爾工作的結果。托馬斯·楊和菲涅爾等科學家用光的波動學說成功解釋了光的干涉、衍射、偏振等現象，并在實驗的啟示下提出光波為橫波的新觀點。
1810年，物理學家阿拉果（Arago）試圖通過測量來觀測地球相對于以太的運動，結果卻對以太學說造成了沖擊。1818年，菲涅爾為了解釋阿拉果關于星光折射行為的實驗，在托馬斯·楊的想法基礎上提出部分拖曳的以太學說，該學說認為：透明物質中以太的密度與該物質的折射率二次方成正比，當一個物體相對以太參照系運動時，物體內部的以太只是超過空的那一部分被物體帶動。由此即可得出物體中以太的平均速度為（1-1/n2）v ，其中 v為物體的速度，（1-1/n2）系數 稱為菲涅爾系數。菲涅爾部分拖曳以太論認為，在以太參照系中，運動物體內光的速度為u＝c/n +（1-1/n2）vcos θ， 其中 θ為u與v之間的夾角。上式稱為菲涅爾運動媒介光速公式它為以后的斐索實驗所證實。19世紀曾進行了一些實驗以求顯示地球相對以太參照系運動所引起的效應，并由此測定地球相對以太參照系的速度υ，但都得出否定的結果，然而，這些實驗結果可從上述菲涅爾理論得到解釋。1846年，喬治·斯托克斯也得到了物體在以太中的運動公式:(1-1/μ2)v，形式與菲涅爾部分拖曳以太學說相同，但解釋不同，斯托克斯認為地球中的以太并非被部分拖拽，而是共同運動。
在空氣中，以太被大多數物理學家看作是靜止的。1825年前后，英國物理學家托馬斯·楊和法國物理學家奧古斯丁·菲涅耳提出了光的波動說理論，該理論通過波動說成功地解釋了光的干涉、衍射、雙折射、偏振、直線傳播等現象。由于光的波動說需要假設光的媒介以太的存在，因此，19世紀大多數物理學家相信以太的存在。
隨著光波動學說的進展，以太及其力學性質的假設給物理學帶來一定困擾。因為托馬斯·楊和菲涅爾假定光是橫波，這就必然要求有一種彈性固體的以太。但是，它的存在又如何對天體的運動毫無阻礙呢，英國斯托克斯和開爾文又提出，以太就像鞋匠的擦線蠟。它既可能發生振動（如激烈打擊之下），又塑性地允許重物穿過它緩慢運動。不同顏色的光有不同的頻率，當它們穿過透明體時折射率也不同，于是，奧古斯丁·菲涅耳和菲索的拖曳系數也不同。這樣，有多少種頻率的光在透明體內就會有多少種不同的以太。縱使如此，以太的觀念畢竟助波動說獲得了成功。其后，以太在電磁學中也獲得了地位。這主要是由于法拉第和麥克斯韋的貢獻。
1831年，邁克爾·法拉第關于電磁感應實驗的成功，促使他建立了電磁力線的概念，并以此概念解釋電、磁及其彼此感應的作用，后來，他又提出了電場、磁場和力線場的概念，放棄以太觀念，但其間他也曾懷疑光以太是否為力線的荷載物。
19世紀60年代，麥克斯韋提出位移電流的概念，通過借助以太概念，把法拉第的電磁力線表述為一組數學方程式，即著名的麥克斯韋方程組。在導出麥克斯韋方程組時，詹姆斯·克拉克·麥克斯韋曾提出，磁感應強度就是以太速度；以太繞磁力線轉動形成帶電渦元；甚至將他的位移電流概念從絕緣體推廣到以太范圍。人們將麥克斯韋的以太稱為電磁以太。從麥克斯韋方程組中可以導出，電磁擾動的傳播速度與已知的光速在實驗誤差范圍內是一致的。因此，麥克斯韋在指出電磁擾動的傳播與光傳播的相似之后，進一步認為，光就是產生電磁現象的媒質（以太）的橫振動，在他看來，傳播電磁與傳播光只不過是同一種介質而已。光的電磁理論成功地解釋了光波的性質，以太不僅在電磁學中取得了地位，詹姆斯·克拉克·麥克斯韋在統一光和電磁現象的同時也統一了發光以太和電磁以太。1888年，赫茲以實驗證明電磁擾動的傳播及其速度，也即發現電磁波的真實存在。這個事實曾一度被人們理解為證實以太存在的決定性實驗。
盡管麥克斯韋在電磁理論上取得了很大進展，但他和赫茲等人試圖將電磁理論推廣到運動物質上并未成功，因為這理論的一個難題是物質本身并不會衰變為以太。
當麥克斯韋試圖用力學以太模型解釋“場論”，當人們深入思考麥克斯韋方程組時，問題還是出現了。人們不知道由麥克斯韋方程組推出的光波與電磁波的常定傳播速度，究竟是相對于哪一個參考系而言的。從麥克斯韋的電磁理論看，以太是測定光速的絕對參考系。整個麥克斯韋方程組只對于絕對靜止的以太參考系才是成立的。事實上，以太在這里成了牛頓力學中物化了的絕對空間。那么，以太的絕對運動問題以及以太會否隨地球運動而漂移問題仍然有待解答。
19世紀，尋找以太有兩個著名的實驗，但這兩個著名的實驗卻宣告失敗：一、1859年斐索進行的流水實驗，目的是考察介質的運動對在其中傳播的光速有何種影響，從而判斷以太是否被拖曳；二、1887年邁克爾孫與莫雷做的光波干涉實驗，目的是探測地球相對于以太的速度。這兩個實驗的零結果表明它們從人們期待的角度來看是失敗的，但這些實驗證明了以太是不存在的。根據這些實驗，后來的一些人認為，以太概念對于電磁場理論而言是多余的，是毫無意義的存在，沒有以太這一概念是可以接受的。實驗后剩下的問題是如何理解或處理（真空中）光速不變的這一現象。
1887年，阿爾伯特·邁克爾遜和莫雷通過其制作的干涉儀來測量以太相對地球的速度，結果并未發現任何以太漂移。邁克耳孫將其干涉儀的一臂平行于地球運轉方向，另一臂指向垂直方向。沿平行臂的光束的往返時間應該比沿垂直臂往返的時間長，可是邁克耳孫發現，二者運動時間沒有差別。邁克爾孫和莫雷的干涉儀靈敏度足以探測到地球相對于5米每秒以太的速度，而實驗的否定結果表明，以太相對地球的速度非常小，幾乎可以忽略。當太陽系中的以太靜止時，地球相對于以太的速度應該是30千米每秒，即地球的軌道速度。因此，邁克耳孫實驗的否定結果與以太理論完全矛盾。實驗結果顯示，不同方向上的光速沒有差異。這實際上證明了光速不變原理，即真空中光速在任何參考系下具有相同的數值，與參考系的相對速度無關，以太其實并不存在。此后其他一些實驗也得到同樣的結果。于是以太進一步失去了它作為絕對參考系的特質。這一結果使得相對性原理得到普遍承認，并被推廣到整個物理學領域。這個結果被稱為19-20世紀物理學天空上的第一朵烏云。突破以太觀念與實驗不合的一個辦法就是放棄以太。當時，它作為可供思考的假想物質的功用已經發揮到了極點。
19世紀90年代,亨德里克·洛倫茲提出了電子的概念。他將物質的電磁性質歸納為物質中同原子相關的電子效應，物質中的以太則同真空中以太在密度和彈性方面并無區別。洛倫茲還假定，以太不參與任何運動，是處于絕對靜止的狀態。但是，由于物體中的電子隨物體運動時，不僅要受到電場的作用力，還要受到磁場的作用力。在考慮了上述效應后，他同樣推出了菲涅耳關于運動物質中的光速公式。而菲涅耳理論所遇到的困難（不同頻率的光有不同的以太）現已不存在。亨德里克·洛倫茲根據束縛電子的強迫振動并推出折射率隨頻率的變化。亨德里克·洛倫茲的上述理論被稱為電子論，它獲得了很大的成功。這樣，在19世紀結束之前，所有的物理似乎簡化為以太的物理。
在洛倫茲以太理論中，運動物體長度會發生變化，洛倫茲使用如下長度收縮公式(2.1)來表示物體在運動方向的變化，（L0是相對洛倫茲以太靜止時的物體長度）
洛倫茲長度公式（2.1）提出后，能夠解釋邁克爾遜-莫雷以太實驗的l零結果，但是在解釋其它的以太實驗中又出現了新的困難。在亨德里克·洛倫茲理論中，以太除了荷載電磁振動之外，不再有任何其他的運動和變化。這樣它幾乎已退化為某種抽象的標志。除了作為電磁波的荷載物和絕對參考系，它已失去了所有其他具體生動的物理性質，這又為它的衰落創造了條件。
20世紀
在1905年，愛因斯坦在《論動體的電動力學》一文的前言中指出“‘光以太’的引用將被證明是多余的”，并大膽拋棄了以太說，認為光速不變是基本的原理，以此為出發點之一創立了狹義相對論。在1920年以前，愛因斯坦認為，以太顯示其本身就是絕對靜止這一毫無意義概念的化身。這暗示了以太存在并沒有必要。
相關學說
19世紀，人們認為光和機械波類似，其傳播也需要有介質，即：以太。當赫茲證明光是電磁波后，光以太觀念和電磁以太統一起來了.光波需要借助于以太傳播，在絕對靜止以太中真空的光速等于c.若在以太中浸入某個相對于以太絕對靜止的介質，則在其中光速等于c/n(n是介質的折射率).于是絕對靜止的以太就充當了特殊慣性系的角色。實際上，地球上的測量儀器總是處于地球的大氣層介質之內，在測量光速探索以太之前，應該回答相對于以太運動的介質中的光速的具體數值，這就牽涉運動介質和以太之間的關系。在19世紀曾經提出過三種假說，即：運動介質完全不拖曳說、運動介質完全拖曳說、運動介質部分拖曳說。
完全不拖曳說
完全不拖曳說認為，當物體運動時，運動的物體完全不拖動以太，以太永遠絕對靜止。假定運動物體速度為v，真空中光在靜止以太中的速度為：c；光在靜止坐標系下介質中的傳播速度為：c/n，n是折射率。當運動介質相對靜止以太向右運動時，光在運動坐標系下介質中的速度為：c/n-v.
完全拖曳說
以太完全拖曳說認為，當物體運動時，運動物體完全拖拽以太。假定運動物體速度為v，真空中，光在運動坐標系以太中的速度為c；光在運動坐標系下介質中的速度為：c/n，光在靜止坐標系介質中的速度為c/n+v.。1846年，繼菲涅爾后，喬治·斯托克斯也得到了物體在以太中的運動公式:(1-1/μ2)v，當折射率n＝1時，形式與菲涅爾部分拖曳以太學說相同，但解釋不同，斯托克斯認為，以太可以視為一種完全不可壓縮的流體，靠近地球表面以太與地球共同運動。
部分拖曳說
以太部分拖曳說以菲涅爾為代表，菲涅爾部分拖曳說認為，當物體運動時，運動的物體部分拖拽以太，拖曳系數用α表示，運動物體速度為v。在靜止坐標系下，光在介質中的運動速度為：c/n+αv，在運動坐標系下介質中的光速為c/n+αv-v或者c/n-(1-α)v。部分拖曳說一度取得了很大的成功，但是到了1887年，邁克爾遜-莫雷實驗（Michelson-Morley Experiment）的零結果使得菲涅爾以太部分拖曳說被拋棄。
支持觀點
以太與光
1679年，艾薩克·牛頓在給英國著名化學家羅伯特·波義耳的信中提出了自己的以太觀念，牛頓認為，以太通常會附著在物質上并產生密度不等的以太層，據此他進一步強調，在光通過小刀邊緣的折射現象中，這些密度不等的以太起到了重要的作用。
17世紀，惠更斯認為，光的運動與以太有關；他指出，火焰、太陽、星星的外表由某種微粒構成，這種微粒通過快速震動更小的以太微粒來引起光的運動。惠更斯在其《論光》中也展示出了以太這種物質的特性，當時已經知道了能夠傳播聲音的空氣并不能傳播光，因此，惠更斯認為，以太與空氣并不是同一物質。
以太與引力
1920年，阿爾伯特·愛因斯坦在萊頓大學做了一個《以太和相對論》的報告，試圖調和相對論和以太論。他在報告中指出，狹義相對論雖然不需要以太的概念，但是并未否定以太，而根據廣義相對論，空間具有物理性質，在這個意義上，以太是存在的。他甚至說，根據廣義相對論，沒有以太的空間是無法想像的。愛因斯坦所說的“以太”其實是廣義相對論中的度規場。
1951年，保羅·狄拉克(Paul Dirac)等人曾提出，在現代物理學中，量子真空（Quantum Vacuum）可能相當于以太粒子。
1959年，莫里斯（Maurice Allais）提出了一個以太假說，預測“以太風”的“風速”約為8km/s，遠低于19世紀科學家所支持的30km/s的標準值，與邁克爾遜-莫雷以太實驗、戴頓·米勒(Dayton C. Miller)的以太研究實驗相一致。盡管該主張需要另一種新的引力理論，但他的假設在主流科學家中并沒有得到支持。此外，1998年，物理學家艾倫·羅斯沃夫（Allen Rothwarf）在《Physics Essays》中發表了自己的以太模型，但該理論的前景并不明確。
2007年，學者R.A. Konoplya等人發展了一套阿爾伯特·愛因斯坦以太理論（Einstein-Aether Theory），在廣義相對論中引入了以太概念，該理論聲稱，當局部亨德里克·洛倫茲對稱被打破時，該理論可以取代廣義相對論。然而，該理論正確與否仍然有待進一步檢驗。
反對觀點
否定傳統以太說的三個主要觀點
第一點：
以太存在難以想象。根據當時的以太學說：以太是一種剛性的粒子，十分地堅硬，比最硬的物質金剛石還要硬上不知多少倍。同時又是如此稀薄，以致物質在穿過它們時幾乎完全不受到任何阻力，就像風穿過一小片叢林。然而事實是從來就沒有任何人能夠看到或者摸到這種以太，也沒有實驗測定到它的存在。星光穿越幾億億公里的以太來到地球，然而這些堅硬無比的以太卻不能阻擋任何一顆行星或者彗星的運動，哪怕是最微小的灰塵也不行。因此許多科學家懷疑以太的存在。不過以現在的觀點看來也不算什么，現代物理學認為宇宙中存在著暗物質、暗能量。按照當時的觀點來看也是難以理解的。
第二點：
邁克爾遜-莫雷等以太漂移實驗的零結果。以太說認為以太是光媒介質，那么地球在以太中運動時，邁克爾遜干涉儀周圍應有“以太風”，那么在不同方向運動的光速會有所不同，且在地球上各個方向的光速與地球運動應該符合伽利略變換，然而結果并非如此，并沒有測到以太風，當時認為以太漂移速度上限僅僅是地球公轉速度的六分之一。這一度讓當時的科學家們十分不解。在邁克爾遜莫雷實驗后，20世紀50年代，有科學家觀測到以太漂移的上限（the upper 函數極限 on an ether drift）只有地球軌道速度的1/1000，該數值比邁克爾遜莫雷實驗的數值還要低，實驗結果更加接近于愛因斯坦狹義相對論，而不是以太理論，因此拋棄以太是一個很好的辦法。
第三點：
在19世紀末20世紀初，雖然還有些科學家努力拯救以太，但在1905年，阿爾伯特·愛因斯坦大膽拋棄了以太說，認為發光以太是多余的，狹義相對論不需要絕對靜止的空間。
影視中的以太
在美國《雷神2：黑暗世界》電影中，以太粒子象征著反派黑暗精靈的秘密武器。據電影介紹，雷神的女友——簡發現了某個時空扭曲的引力場，當她試圖進入該引力場探險時，卻不幸被時空中封印的以太粒子附身。這種以太粒子不同于物理學中的以太，是電影中黑暗精靈的黑暗兵器，當黑暗精靈試圖讓宇宙重回黑暗時，卻被代表光明力量的九大王國打敗，以太粒子隨之被封印。黑暗精靈就在首領瑪勒基斯 （ 由克里斯托弗·埃克萊斯頓扮演）的帶領下踏上了逃亡之路并伺機復仇，并殺害了雷神母親。為了給母后報仇并毀滅以太粒子，雷神索爾和弟弟洛基不計前嫌，共同將雷神女友——簡帶到瑪勒基斯面前，當他將“以太粒子”取出時加以毀滅，卻出現了意外。
參考資料 >
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超距作用.中國大百科全書出版社官網.2023-12-22
愛因斯坦的“錯誤”:天才的人性弱點.鳳凰網.2023-11-29
Isaac Newton's Letter to Boyle, on the Cosmic Ether of Space.Orgonelab.2023-12-12
Arago (1810): the first experimental result against the ether.iopscience.2023-12-07
邁克耳孫–莫雷實驗.中國大百科全書出版社官網.2023-12-22
洛倫茲，H.A.中國大百科全書出版社官網.2023-12-23
Michelson-Morley Experiment.AIP Publishing.2023-12-12
The re-examination of Miller’s interferometric observations and of Esclangon’s observations.Fondationmauriceallais.2023-12-07
An Aether Model of the Universe. Physics Essays. Semanticscholar.2023-12-21
雷神2：黑暗世界.貓眼電影.2023-12-27