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光子和引力波都以光速通過空的真空傳播。[+] NASA / SONOMA州立大學/ AURORE SIMONNET

在整個宇宙中，有許許多多不同型別的訊號。其中有些像聲波一樣，需要介質才能通過。但像光波或引力波，則能夠做到直接穿越空間和真空，似乎完全不需要介質，無論它們如何執行，都可以從它們最終到達目的地時所產生的影響中檢測出所有這些訊號。但是，波真的有可能通過空間本身的真空傳播而根本沒有任何介質嗎？這就是韋德·坎貝爾（Wade Campbell）想知道的，他問：

早在1800年代後期，就提出了一種“以太”作為光傳播的媒介。我們現在認為情況並非如此。有什麼證據能證明沒有“以太”這種東西存在嗎？

這是一個容易做出的假設，但又是一種很難去駁斥的東西。這就是以太。

無論是通過介質，如機械波，還是在真空中，如電磁波和... [+] SERGIU BACIOIU / FLICKR

早在科學家⁠⁠牛頓之前，就有數百甚至數千年的科學歷史⁠，那時，我們只有大規模的巨集觀現象需要研究。比如，我們觀察到的浪有很多不同的種類，包括：

風在晾衣繩上或船帆上造成的漣漪，在大海，海洋或湖泊上的水浪，在地震中通過地面傳播的海浪，緊緊的弦中出現的波浪被拔出，敲打或振盪，甚至是聲波，它們在空氣，水或固體土地上的感覺可能會有所不同。

在所有這些浪中，都涉及物質。該物質為這些波傳播提供了一種介質，並且當介質在傳播方向（縱波）壓縮和稀疏化或垂直於傳播方向（橫波）振盪時，訊號便被從一個位置傳輸到了另一個位置。

該圖可以追溯到1800年代初期托馬斯·楊（Thomas Young）的工作，是最古老的照片之一[...] 維基共享資源

隨著我們開始更加仔細地研究波浪，第三種類型的波開始出現。除了縱向波和橫向波，還發現了一種波，其中涉及到的每個粒子都在圓形路徑⁠中運動。以前被認為是縱向波或橫向波的水的波紋特徵也顯示也包含了表面波的分量。

所有這三種類型的波都是機械波的示例，在機械波中，某種型別的能量通過基於物質的物質介質從一個位置傳輸到另一位置。穿過彈簧，緊身衣，水，地球，繩子甚至是空氣的波，都需要動力來產生一些從平衡開始的初始位移，然後該波就可以將能量通過介質傳遞到目的地。

那麼，當我們發現新型別的波浪時，就可以假設它們具有與我們已經知道的波浪型別相似的屬性，這是有道理的。甚至在牛頓之前，以太就曾是行星和其他天體所居住的空間的名稱。第谷·布拉赫（Tycho Brahe）在1588年出版的著作《 德蒙迪·阿瑟萊特·最近的現象》，字面意思就是“論以太世界的近期現象”。

假設以太是宇宙固有的媒介，從彗星到行星再到星光本身，所有物體都在其中傳播。然而，光是波還是小顆粒？在許多世紀以來一直是爭論的焦點。牛頓聲稱這是小顆粒，與他同時代的克里斯蒂安·惠更斯卻聲稱光是一種波。直到19世紀，這個問題才得以解決。在19世紀，光的實驗明確地揭示了它的波狀性質。（通過現代量子物理學，我們現在知道它的行為也像粒子一樣，但是不能否認其波狀性質。）

實驗結果，使用鐳射在球形物體周圍展示，具有實際... [+] 韋爾斯利的THOMAS BAUER

隨著我們開始理解電和磁的本質，這一點得到了進一步的證明。加速帶電粒子的實驗不僅表明它們受到磁場的影響，而且當您用磁場彎曲帶電粒子時，它會發出光。理論上的發現表明，光本身是電磁波，以有限的，很大但又可計算的速度傳播，今天稱為 c，即真空中的光速。

如果光是電磁波，並且所有波都需要一種介質傳播，並且-當所有天體都通過空間介質傳播時-那麼，介質本身（以太）肯定是光通過的介質。因此，剩下的最大問題是確定以太本身具有哪些屬性。

在笛卡爾的引力視野中，有一個以太滲透的空間，只有……的位移。 勒內·笛卡爾《哲學原理》第3集

麥克斯韋本人指出了關於以太的最重要的觀點之一 ，他是第一個得出光波的電磁本質的人。在1874年給劉易斯·坎貝爾的信中，他寫道：

還可能值得一提的是，以太不能是分子。如果是，那以太將是一種氣體，與空氣在熱量等方面具有相同的特性，只是它不會那麼重。

換句話說，無論以太是什麼，或更準確地說，電磁波傳播的介質是什麼，它都不具備其他基於物質的介質所具有的許多傳統特性。它不能由單個粒子組成。它不能包含熱量。它無法通過它傳遞能量。實際上，允許以太做的唯一剩下的事就是作為背景介質，讓光之類的東西可以通過該介質。

所有這些想法都造就了後來檢測以太的最重要的實驗——邁克爾遜-莫雷實驗。如果以太確實是光傳播的媒介，那麼地球在繞其軸旋轉並繞太陽旋轉時應該穿過以太。即使我們僅以大約30 km / s的速度旋轉，但這仍然是光速的很大一部分（大約0.01％）。

使用足夠靈敏的干涉儀，如果光是通過該介質傳播的波，則我們應根據干涉儀與我們的運動方向所成的角度來檢測光的干涉圖樣的變化。當時，僅邁克爾遜一人嘗試在1881年測量這種影響，但他的結果尚無定論。6年後，在Morley的幫助下，它們的靈敏度僅為預期訊號幅度的1/40。但是，他們的實驗結果無效。根本沒有關於以太的證據。

邁克爾遜干涉儀（上）顯示出光模式（底部，實心）的變化可忽略不計，因為... [+]

實驗的的狂熱支持者以各種方式辯解，試圖解釋這種無效的結果：

也許以太被穿越太空的物體（例如地球）拖著，這就是為什麼得出無效結果的原因。也許有一個靜止不動的以太，當物體移動通過時，它們經歷了長度收縮和時間膨脹，從而解釋了無效的結果。也許，也有可能，光穿過的那個以太，無論它是什麼，都允許牛頓的引力傳播。

所有這些可能性，儘管它們具有任意的常數和引數，但直到愛因斯坦的相對論出現之前，他們都被被認真考慮過。但是，一旦意識到物理學定律應該是正確的，並且對於所有參照系中的所有觀察者來說實際上都是相同的，那麼就不再需要以太這種“絕對參照系”的想法。這種說法還是站得住腳的。

如果您允許光線從環境外部進入內部，則可以獲取有關... [+]的資訊。 尼克·斯特羅貝爾（NICK STROBEL）

所有這些都意味著物理定律不需要以太的存在。但是沒有一個人，他們能解釋得很清楚。今天，憑藉我們對狹義相對論的理解再加上對結合了引力的廣義相對論的現代理解，我們認識到電磁波和引力波根本不需要任何介質傳播。沒有任何物質實體的真空本身就足夠了。

但這並不意味著我們已經證明以太不存在。我們已經證明並且確實能夠證明的一切就是，如果存在以太，那麼它就不會具有我們能夠執行的任何實驗所能檢測到的特性。它不會影響光或引力波通過它的運動，在任何物理情況下都不會影響，這等效於宣告我們觀察到的一切與它的不存在是一致的。

量子場論計算的視覺化，顯示了量子真空中的虛擬粒子。（特別是對於強烈的互動作用。）即使在空曠的空間中，真空能量也不為零，並且從觀察者的角度看，彎曲空間的一個區域中看起來像是“基態”的空間看起來也不一樣。曲率不同。只要存在量子場，該真空能量（或宇宙常數）也必須存在。

——德里克·萊恩韋伯

如果某件事以任何方式，形狀或形式，甚至原則上都沒有對我們的宇宙產生可觀察到的，可測量的影響，則我們認為該“事物”在物理上是不存在的。但是，沒有任何跡象表明以太的存在這一事實並不意味著我們完全了解什麼是空的空間或量子真空。實際上，該主題今天仍然困擾著整個科學領域，還有很多未解決的公開問題。

為什麼空白空間仍然具有非零的能量（暗能量或宇宙常數）呢？如果空間在某種程度上是離散的，這是否意味著在相對性規則下最大化離散的“大小”的首選參考系？光波或引力波是否存在而沒有空間傳播，這是否意味著存在某種型別的傳播介質？

正如卡爾·薩根（Carl Sagan）所說的那樣：“缺乏證據不是證明論據。” 我們沒有證據表明以太存在，但是永遠不能證明它是否定的：沒有以太存在。我們能證明的一切只能是是，如果以太存在，它就不會影響我們觀察到的物質和輻射。