以太是古希腊哲学家亚里士多德所设想的一种物质。是物理学史上一种假想的物质观念，其内涵随物理学发展而演变。“以太”一词是英文Ether或Aether的音译。古希腊人以其泛指青天或上层大气。以太也被认为是第五元素，在亚里士多德看来，物质元素除了水、火、气、土之外，还有一种居于天空上层的以太。在科学史上，它起初带有一种神秘色彩。后来人们逐渐增加其内涵，使它成为某些历史时期物理学家赖以思考的假想物质。

以太（Ether、Aether），古希腊哲学家亚里士多德所设想的一种物质，物质现象界的万物生存在其内，是除了水、火、气、土四大基本元素之外的第五元素。

以太是一个历史上的名词，它的涵义也随着历史的发展而发展。

“以太”一词，最初见于一则古代希腊的神话传说：暗神伊利波斯和夜神尼卡丝结合，生出一个精灵气旺的宙斯神——埃忒尔（Aether），这就是以太。在那个时候，以太表示精灵之气，弥漫于整个宇宙。埃忒尔是希腊神话里的三层大气（air）之一，是“以太”神，“光”和“光亮的高层大气”的神。

在古希腊，唯物主义哲学家留基伯和德漠克利特提出了原子论，认为万物都是由最小的，不能再分的微粒——原子组成的，人的灵魂也由最活动、最精微的原子组成，这种原子一旦分散，灵魂随之消失。原子之间的空隙里有什么呢一无所有，一片虚空。这样，“万物的始基是原子和虚空”，而原子在虚空中运动着。原子论者认为：“如果没有我们称为虚空的空间、场所，物体就无法安置，根本也不能 移动。”

古希腊哲学家亚里士多德反对原子论，尤其反对虚空的存在。他在《物理学》和 《论天》等著作中写道：“不可分的东西是没有运动和变化的。”“充实的空间里能够有变化，并且，即使在物体之间没有虚空把它们分开，他们也能够彼此调换位置。“相反，“虚空其实倒会把运动取消，在虚空里面，会只有一个普遍的静止

。”因此，亚里士多德认为，虚空是根本不存在的，空间处处为连绵不断的物质所充满。他认为，地上的物体包含四种原素，即土、火、气和水。原素不呈微粒状，而是连续的，原素也不是不可破坏，而是“从彼此产生出来的”。除此之外

，还要加上第五种原素—天上的实质。他说：“天与土、火、气和水不同，天乃是古代人所称为以太的东西。”以太是圣洁之物，它不包含任何矛盾和对立， 因而是永远不会发生变化，是永恒的。以太作为宇宙的本原物质的概念逐渐从神话走到自然哲学中来。

十七世纪的R·笛卡尔是一个对科学思想的发展有重大影响的哲学家。他建立了以太旋涡说，最先将以太引入科学，并赋予它某种力学性质。在笛卡尔看来，物体之间的所有作用力都必须通过某种中间媒介物质来传递，不存在任何超距作用。因此，空间不可能是空无所有的，它被以太这种媒介物质所充满。以太虽然不能为人的感官所感觉，但却能传递力的作用，如磁力和月球对潮汐的作用力。

后来，以太又在很大程度上作为光波的荷载物同光的波动学说相联系。光的波动说是由R·胡克首先提出的，并为C·惠更斯所进一步发展。在相当长的时期内（直到二十世纪初），人们对波的理解只局限于某种媒介物质的力学振动。这种媒介物质就称为波的荷载物，如空气就是声波的荷载物。由于光可以在真空中传播，因此惠更斯提出，荷载光波的媒介物质（以太）应该充满包括真空在内的全部空间，并能渗透到通常的物质之中。除了作为光波的荷载物以外，惠更斯也用以太来说明引力的现象。这时期的以太也称为“发光以太”或“光以太”。

牛顿对以太的态度是极其矛盾的，他一面继承了笛卡尔和伽利略的部分思想，提出绝对时空理论，但在他1687年发表《自然哲学的数学原理》中，回避了以太的问题，关于物体之间作用力的本质，他只字未提，认为当时不可能深入探讨力的本质。之后，牛顿运用超距的吸引和排斥的观点轻而易举地解释了万有引力、化学聚合力、光粒子的反射和折射等现象，因而逐步地接近超距作用的观点。承认超距作用，当然否定以太的存在。但是牛顿本人并不赞成超距作用解释，在对待以太的问题上也是摇摆不定的，他在给Ｒ·本特利的一封信中写道：“很难想象没有别种无形的媒介，无生命无感觉的物质可以毋须相互接触而对其他物质起作用和产生影响。……假定引力是物质的一种根本的和固有的属性，因此一个物体能够超距地通过虚空的任何距离作用于另一个物体，不经任何媒介就传递作用力，在我看来，这是多么荒诞，以致对于任何一个通晓哲学事理的人都是不可思议的。引力应是由按一定规律起作用的媒介引起的。但是，这种媒介究竟是物质的还是非物质的呢？我让读者自己去判断。”在力的传递上，牛顿本人是倾向于赞同以太理论的观点的，只是在细节上有所不同，但他并没有对力的本质再做进一步的研究和说明。

十八世纪是以太论没落的时期。由于法国笛卡尔主义者拒绝引力的平方反比定律而使牛顿的追随者起来反对笛卡尔哲学体系，连同他倡导的以太论也在被反对之列。随着引力的平方反比定律在天体力学方面的成功以及探寻以太未获实际结果，使得超距作用观点得以流行。光的波动说也被放弃了，微粒说得到广泛的承认。

以太学

十九世纪随光的波动学的重新兴起，以太重回它的主流地位。以太成为科学研究的重要对象，物理学也被分成两部门：一门研究普通物质，另一门研究以太，称为“以太学”。

光学以太

在十九世纪，随着人们对自然规律认知的加深，以太进一步与科学结合，用来解释自然现象，其中以太在光学和电磁学的应用尤为突出。

对于光到底是一种波还是一种粒子的问题自古便有争议。上文提到，笛卡尔、胡克以及惠更斯等人认为光是一种波，而牛顿则是光的粒子说的坚定支持者。双方进行了多次争论。随着牛顿学术权威性的确立，第一次波粒之争以粒子学派胜出结束，以太学说也由此沉寂了近百年。

时间来到十九世纪。在十九世纪初期，英国人托马斯·杨通过光的双缝实验，发现了光的干涉现象。托马斯·杨用光波的干涉解释了牛顿环，并在实验的启示下于1817年提出光波为横波的新观点（当时对弹性体中的横波还没有进行过研究），解决了波动说长期不能解释光的偏振现象的困难。托马斯·杨提出他的波动性光学原理：稀疏的和有弹性的发光以太充满整个宇宙；光是以光滑波的形式在以太中行进的连续的振动过程；不同颜色的感觉取决于传递给视网膜的以太振动的频率；一切物体都吸引以太，因此在物体之中及其附近，以太密度大，而以太的弹性则保持不变。

法国人菲涅耳成功地做了光的衍射实验，建立了以作图法形式的衍射理论，解释了光的直线传播现象，提供了相互垂直的偏振光不相干涉的证明，这也证实了光是一种横波。菲涅耳圆满地解释了光的反射、折射、干涉、衍射、偏振等现象，形成完善的光的波动说理论。托马斯·杨的双缝实验、菲涅耳的泊松亮斑和傅科关于对空气和水中光速的精确测量为光的波动说提供了强有力的证据，第二次波粒之战，波派完胜，波动说终于确立了它在经典物理学中的地位，作为光波载体的以太成了物理学研究的对象，以太理论在十九世纪重回它的主流地位。

问题并不就此完结。光波当时被理解为是一种机械波，而且按杨和菲涅耳的发现，它是一种横波。弹性横波只能在固体中传播。因此，以太应当是一种弹性固体。既然如此，物体（例如行星）怎么能够自由地通过以太而不受到什么阻力呢？早年牛顿通过比较声速和真空光速，依胡克的公式计算得到，只有当以太的弹性很大（比如比空气弹性大一百万倍）而密度很小（比如比空气密度小一百万倍），以太对于天体运动的阻力才是微不足道的。物理学家为设想出具有这种性质的以太绞尽脑汁，建立了各种各样的以太机械模型。英国的斯托克斯（1819—1903）提出，以太像沥青和果子冻之类的弹性流体物质，对于光波这样非常快速的振动，它具有足够的弹性，对于像行星那样慢速的行进，它具有充分的流动性，易于变形。为了克服弹性介质中应有纵波与横波相伴的困难，马克可拉在1839年提议说，以太是由一种能够抵抗扭转应力但不能抵抗纵向应力的以太单元组成的新型弹性物质，并由此解释了许多光学现象。马克可拉以太论方程组与后来的麦克斯韦方程组形式相似，他的理论获得了广泛的发展。为了解释各种光学现象，各种以太理论引入了大量的附加假设和边界条件。单纯地从机械运动的观点理解以太，总是难于自圆其说的。

电磁以太

法拉第在1838年提出，当绝缘物质放在电场中时，其中的电荷将发生位移。W·汤姆孙也曾把电场比作以太的位移。法拉第引入力线来描述磁作用和电作用，他认为力线是确实的存在，空间是被力线所充满着的，而光和热可能就是力线的横振动。1851年法拉第明确指出，如果接受光以太的存在，那么以太就可能是力线的荷载物。

擅长数学的麦克斯韦继承了法拉第的思想，决心为这些观念提供适当的数学方法基础。他提出位移电流假设，进一步得出一组微分方程即麦克斯韦方程组描述电磁场的普遍规律。“场”这个概念来源于法拉弟。按麦氏方程组，场论是一种近距作用理论。物体之间的电磁相互作用是在空间由一点到距离无限小的一点逐点传播的。麦克斯韦认为，在空间存在着电磁现象借以产生、处于运动之中的以太物质。场的各种实在的属性被赋予以太。场只不过是运动以太的激发态。他设想了一种机械模型，即以太绕力线旋转形成一个个涡元，在涡元之间有带电粒子，当粒子偏离平衡位置时，粒子和涡元之间产生相互作用，由此来说明电磁运动的规律。由麦氏方程组可以预言，电磁场的扰动以波的形式传播，其速度等于光速。因此他断言：“光就是产生电磁现象的媒质（以太）中的横振动。”光的电磁学说成功地解释了光波的性质，这样便实现了光和电的统一，光以太和电磁以太的统一。

麦克斯韦在世时，他的理论并未得到承认和重视，甚至被人当作奇谈怪论。许多卓有威望的科学家对它采取观望态度。麦克斯韦中年丧妻，心情烦恼，生活清苦，终年仅四十九岁。德国的赫兹于1888年通过实验证实了电磁波的存在，证实了电磁波与光波的同一性。赫兹实验的公布轰动了整个科学界，法拉第——麦克斯韦电磁理论取得了决定性的胜利。今天我们只满足于把赫兹实验看作麦克斯韦理论的证明，当时的学术界却把它看作是以太确实存在的证据。这个推理其实与我们今天由云雾室的径迹推断某种新粒子存在也没有多大差异。总之，对十九世纪末的物理学家来说，以太已经是一种实在，它的存在是确实无疑的。

十九世纪九十年代Ｈ.Ａ.洛伦兹以绝对静止的以太为基础， 对电磁理论进行了研究，创建了他的电子论。在这个理论中，物质世界区分为连续的以太和分立的带电粒子两种原素，并且把静止以太看作电磁场的载体，把实物视为带电粒子的集合。带电粒子在静止以太中杂乱无章地运动着，产生电磁场，电磁场是以太状态的一种描述。物体运动时并不带动其中的以太运动，但物体中的电子随物体运动时，不仅要受到电场的作用力，还要受到磁场的作用力，以及物体运动时其中将出现运动电流，运动物质中的电磁波速度与静止物质中的不相同。洛伦兹推出了菲涅耳关于运动物质中的光速公式，解决了菲涅耳理论所遇到的困难（不同频率的光有不同的以太）。

电子论取得了很大成功，但在洛伦兹理论中，以太除了荷载电磁振动之外，不再有任何其他的运动和变化，这样以太除了作为电磁波的荷载物和绝对参照系，它己失去了所有其他的物理性质，这又成为以太学衰落的隐患。

以太学说虽然曾成功解释了力学、光学以及电磁学的部分问题，并在十九世纪末达到了极盛，但是，在洛伦兹理论中，以太除了荷载电磁振动之外，不再有任何其他的运动和变化。这样它几乎已退化为某种抽象的标志。除了作为电磁波的荷载物和绝对参考系，它已失去了所有其他具体生动的物理性质，这为它的衰落创造了条件。

1887年迈克尔逊和莫雷在美国克利夫兰做的迈克尔逊-莫雷实验否定了以太的存在，以太从此退出科学领域，只成为了一种哲学上的概念。两人设计了光的干涉仪器，根据以太学说，以太相对于太阳静止，光速在以太中的传播服从伽利略速度叠加原理，因此各个方向上的光速应是不同的，光通过干涉仪两条路径的时间差在不同方向上不同，干涉条纹也应相应发生移动。但两人设计的精确度可达1/100条条纹移动的干涉仪在转动过程中，干涉条纹保持静止，没有发生任何移动。这个实验否定了以太的存在。

在十九世纪末二十世纪初，虽然还有些科学家努力拯救以太，但在1905年爱因斯坦大胆抛弃了以太说，认为光速不变是基本的原理，并以此为出发点之一创立了狭义相对论。爱因斯坦在《论动体的电动力学》一文的前言中说：“‘光以太’的引用将被证明是多余的。” 人们从此接受了电磁场本身就是物质存在的一种形式的概念，而场可以在真空中以波的形式传播。随后量子力学的建立使人们认识到粒子与波实为一个硬币的两面。那种仅仅把波动理解为某种媒介物质的力学振动的狭隘观点已完全被冲破。之后“以太”被主流物理学家所抛弃。

以太虽然已经被主流物理学家抛弃，但其“绝对静止”“无处不在”“永恒”“纯洁”的特性使其成为了科幻影视作品中的常客。

在电影《雷神2》中，奥丁提到了一种可以让宇宙重归黑暗的流体物质，称之为以太粒子。

吕克贝松执导的科幻电影《第五元素》，标题便是来源于以太是水、火、气、土之外的第五元素。