“热素（Phlogiston）假说”与“以太（Ether）假说”

  本文题目中的两个假说，都是物理学发展史上，曾经起过作用，现在已经被淘汰出局的“理论”。这两个假说既有相似性，也有不同之处。“热素假说”是物理学家为解释人们熟知的热现象，于18世纪中期由英国物理学家布莱克提出的；“以太假说”是爱尔兰理论物理学家麦克斯韦为解释他认为作为电磁波的光传播媒质提出的。

  大家都知道物理学是一种“唯象理论”，“唯象理论”是实验现象更加概括的总结和提炼，但是无法用已有的科学理论体系做出解释，一般说来“唯象理论”就是知其然不知其所以然。“唯象理论”被称为前科学，因为它们是能被实践所证实的。任何物理学假说，都是在总结大量实验数据基础上提出的，有其适用范围和实验基础的。

  “热素假说”提出之后，可以解释当时某些热量传递和守恒现象，根据这一假说，热素是一种物质。热的物体具有较多的热素，冷的物体具有较少的热素，当冷热不同的物体接触时，热素就从温度较高的物体跑到温度较低的物体中去，就像水从高处流向低处一样，而且热素总量是守恒的，热素流入冷物体后会使其温度升高、体积膨胀，直到冷物体温度与热物体温度相等，才会达到平衡状态。“热素假说”建立了一整套热传导理论，成功的解释了一些热现象。当时人们把热素看成是一种物质，法国大科学家拉瓦锡在他写的《化学元素》一书中，将热素列为当时无机界的23种元素之一。

  随着人类认识的深化，“热素假说”逐渐暴露了其不足之处：既然热素是一种物质，就应该具有物质的特性，也应该能够把它独立的分离出来。但是当时人们为寻找热素，设计了许多试验，其中比较有名的是，先将冷的铁块称一下，然后加热铁块让它吸收热素后，再称量一下，如果热素是物质，就会像当时已发现的各种元素一样有重量，将受热的铁块的重量减去冷铁快的重量，不就是热素的重量了吗？测量结果让人大失所望，受热的铁块重量并未增加，说明热素并没有重量，同时也从未有人将热素从它所在的物质中独立分离出来，这是为什么呢？当时的物理学家谁也解释不清楚。到18世纪后期，“热素假说”又遇到更大问题，那就是人们发现机械做功可以产生热，物体互相摩擦也可以产生热，英国物理学家焦耳通过实验成功的测定了热功当量（1焦耳等于0.24卡）。这样就从实验上推翻了当时的“热素假说”，并成功的建立了能量守恒定律和发现能量互相转化的规律。热不过是物质分子的微观运动的宏观体现，热是物质分子运动的结果，也是能量传递的一种形式。揭示了热的本质，“热素假说”也就被人们抛弃，尽管如此，在那个历史时期，“热素假说”是有一定积极意义的，它是人类认识世界的一种必要经过的过程。

  至于“以太假说”，是建立电磁场理论场方程组的爱尔兰理论物理学家麦克斯韦提出的。在麦克斯韦统一了电学、磁学、光学，建立了描述电磁场性质，体现了电荷、密度与电场之间的关系的四个偏微分方程之后，他认为光是一种电磁波，既然把光看成波，当时已经知道波只是物质振动传播的一种形式（波不是物质，只是一种物质的运动形态），是需要有媒质的。正如声是一种波，它是通过空气来传播的，因为月球没有空气，所以月球上永远寂静。为了解释为什么光能从遥远的星体射向地球，或者反向传播，麦克斯韦就做出一个假定，那就天体相隔的空间不是真空，应该存在某种媒质，并且充满宇宙空间的各个角落，麦克斯韦称这种媒质为“以太”，同时，从他的方程组中，给出光速的定义，那就是光速等于磁导常数（μ）与介电常数（ε）乘积开平方的倒数，是个常数，即每秒30万公里，后被实验测定证实。以太的假定，就很好的解释了麦克斯韦关于光是一种电磁波的观点，并被那个时代大多数人所接受。

  但是随着科学发展，19世纪初期，麦克斯韦的理论遇到了问题，那就是随着光电效应的发现，普朗克对黑体辐射现象的解释，以及带负电的电子与带正电的电子发生“湮灭”转化成为一对光子，人们揭示了光的本质，那就是光既具有波动性又具有粒子性（光的波粒二象性），光的微粒性和波动性，既互相联系，又互相渗透，并在一定条件下互相转化，正负电子对转化为光子是物质从实物的形式转化为一种场的形式，光也是一种物质。

  大家都知道，物质有两种存在形式，一种是实物的形式，如宏观的物体、分子、原子、电子和一些基本粒子；还有一种非实物形式称作场，如电磁场，引力重力场，他们连续地弥漫在宇宙空间。场也是由物质产生的，任何场都是由粒子或物体集合产生，他们之间由场传递，因此，没有不被场所包围的粒子，同样，也没有不与粒子相关联的场。光子是电磁场中的粒子，它是由电磁场来传递的，事实上能够在真空中以光速传播的电磁波也是如此。这样一来，麦克斯韦假定的“以太”就失去了意义。更何况后来通过著名的迈克尔逊实验和恒星光行差测定也证明了麦克斯韦假定的“以太”这种物质是不存在的。这一切，后来就成了爱因斯坦创立《相对论》的基础。

  不论是“热素假说”还是“以太假说”都是人类探索自然界奥秘的过程中必然存在的过程，尽管现在被人们抛弃，但在那个历史时期起过积极作用，应该在科学史上占有一席之地。

  我在这里啰哩啰嗦地说了许多话，主要意思并不是在做理论探讨。目的是想说明，人类认识世界的艰难。任何科学理论都是在前人做了大量工作基础上，通过否定之否定而确立的。英国物理学家牛顿说过:“我所以能看得更远，是因为我站在巨人的肩膀上”，这句话是很中肯的，不仅牛顿，就是当今被誉为科学界天才的爱因斯坦也是如此，没有前辈的大量工作（当然有成功，也有失败。）爱因斯坦也不会创建出《相对论》。科学界如此，其他领域也是如此，对那些食古不化，经常抱着孔老夫子粗腿，今天《解读》，明天《体会》的人，固然不能恭维；但对那些靠贬低前人、抬高自己、标榜自己，为自己树碑立传者，也是万万要不得的,既没有科学态度，也终不能成大器！