エーテル（古典元素）

古代および中世の科学によれば、エーテル（/ ˈiːθər /、綴りの別表記にはæther、aither、etherなどがある）は、第五元素またはクインテッセンスとしても知られ、地球圏を超えた宇宙の領域を満たす物質である。^{[ 1 ]}エーテルの概念は、光や重力の伝播など、いくつかの自然現象を説明するためにいくつかの理論で使用された。19世紀後半、物理学者はエーテルが空間に浸透し、真空中で光が伝わる媒体を提供すると仮定したが、マイケルソン・モーリー実験ではそのような媒体の存在の証拠は見つからず、この結果は、光を伝えるエーテルは存在しないことを意味すると解釈されている。^{[ 2 ]}

ホメロス時代のギリシア語のαἰθήρ ( aithḗr )は、「清らかな新鮮な空気」または「澄んだ空」を意味します。^{[ 3 ]}ギリシア神話では、それは神々が呼吸する純粋な本質であり、彼らが住む空間を満たし、人間が呼吸する空気に似ていると考えられていました。 ^{[ 4 ]}また、伝統的なギリシア神話では、エレボスとニュクスの息子であるアイテールという神として擬人化されています。 ^{[ 5 ]}アイテールは、αἴθω「焼却する」^{[ 6 ]}および自動詞「燃える、輝く」と関連しています（関連する名前はAithiopes (エチオピア人、エチオピアを参照) で、「焼け焦げた（黒い）顔の人々」を意味します）。^{[ 7 ] [ 8 ]}

プラトンの『ティマイオス』 （58d）で空気について語る際、プラトンは「最も透明な種類があり、それはエーテル（αἰθήρ）と呼ばれる」^{[ 9 ]}と述べているが、それ以外では古典的な四元素体系を採用している。アカデミアでプラトンの弟子であったアリストテレスは、この点についてはかつての師と同意し、さらに火がエーテルと混同されることがある点を強調した。しかし、彼の『天体論』では、イオニア哲学の古典的な元素体系に新たな「第一」元素を導入した。彼は、地上の四つの古典的な元素は変化しやすく、自然に直線的に動くと指摘した。しかし、天界や天体に位置する第一元素は円運動をし、地上の古典的な元素が持つ性質を一切持たない。それは熱くもなく冷たくもなく、湿っても乾いてもいない。この追加により元素体系は5つに拡張され、後の注釈者たちは新しい最初の元素を5番目と呼び始め、またアリストテレスが『天体と気象について』で使用した言葉であるエーテルとも呼んだ。^{[ 10 ]}

エーテルは地上の四元素とは異なり、質的運動も量的運動もできませんでした。エーテルは局所的な運動しかできませんでした。エーテルは自然に円運動をし、反対方向や不自然な運動はしませんでした。アリストテレスはまた、エーテルでできた天球が星や惑星を支えていると述べました。エーテルの球が自然な円運動をするという考えは、アリストテレスが観測された星や惑星の完全な円運動の軌道を説明することにつながりました。^{[ 1 ] [ 11 ]}

中世のスコラ哲学者たちはエーテルの密度変化を認め、惑星の天体は宇宙の残りの部分を満たす媒体よりも密度が高いと考えていた。^{[ 12 ]}ロバート・フラッドはエーテルは「光よりも微妙」であると述べている。フラッドは、エーテルを浸透性のある非物質的なものとみなした3世紀のプロティノスの見解を引用している。 ^{[ 13 ]}

クインテッセンス（𝓠）は、中世の錬金術師が天体を構成すると考えられていたものと類似または同一の媒体に用いた第 5 の元素のラテン語名です。地球内にはクインテッセンスがほとんど存在しないことが指摘されました。クインテッセンスの存在量が少ないため、地球は天体内で起こる出来事の影響を受ける可能性があります。 ^{[ 14 ]}この理論は、ラモン・リュルに帰属される14 世紀の文献「ルリウスの遺言」で展開されました。クインテッセンスの使用は、中世の錬金術で人気を博しました。クインテッセンスは、4 つの古典的な元素とエーテル、またはクインテッセンス、さらに金属を表す 2 つの化学元素、すなわち燃焼性の原理を特徴付ける「燃える石」である硫黄と、金属的性質の理想化された原理を含む水銀から構成される中世の元素体系に由来します。

この元素体系はヨーロッパ全土に急速に広まり、錬金術師、特に薬用錬金術師の間で人気を博しました。薬用錬金術は、精髄を分離し、それを薬や霊薬に組み込むことを目指しました。^{[ 14 ]}精髄は純粋で天上の性質を持つため、摂取することで不純物や病気を取り除くことができると考えられていました。15世紀に大陸の文献を英語に翻訳した『精髄の書』では、精髄は人間の多くの病気の薬として使用されていました。精髄を作るためのプロセスとして、アルコールを7回蒸留することが示されています。 ^{[ 15 ]}長年にわたり、精髄という用語は霊薬、薬用錬金術、そして賢者の石そのものと同義語になりました。^{[ 16 ]}

18世紀の物理学の発展に伴い、「エーテル理論」として知られる物理モデルは、電磁力と重力の伝播を説明するために同様の概念を利用した。1670年代にはすでに、ニュートンはエーテルの概念を用いて、観測結果を自身の物理学の厳密な力学的法則に合わせようとした。^{[ 17 ] [ a ]}初期の近代エーテルは、その名前が借用された古典元素のエーテルとはほとんど共通点がなかった。特殊相対性理論の発展により、マクスウェル方程式はこれらの力の伝達にエーテルを必要としないことが示されたため、これらのエーテル理論は科学的に時代遅れであると考えられている。アインシュタインは、これらの理論に取って代わった自身のモデル自体がエーテルと考えることができると指摘した。それは、物体間の空虚な空間が独自の物理的性質を持っていることを示唆しているからである。^{[ 19 ]}

初期の近代エーテルモデルは一般相対性理論に取って代わられたが、一部の物理学者は、現在の物理モデルの欠点を補うために、エーテルの概念を再導入しようと試みてきた。^{[ 20 ]}ダークエネルギーの提案モデルの一つは、古典的な元素にちなんで、その提唱者によって「クインテッセンス」と名付けられている。 ^{[ 21 ]}この考えは、加速膨張する宇宙の観測結果の説明として仮定されたダークエネルギーの仮説的な形態に関連している。また、第5の基本力とも呼ばれている。

エーテルと重力

1682年、ヤコブ・ベルヌーイは、物体の硬さはエーテルの圧力に依存するという理論を定式化した。^{[ 25 ]} エーテルは、重力とその原因を説明するのに役立つ媒体として、さまざまな重力理論で使用されてきた。

数年後、エーテルはアイザック・ニュートン卿が最初に発表した重力理論の一つである『自然哲学の数学的原理』（プリンキピア、1687年）で使用されました。彼は惑星の運動の記述全体を動的相互作用の理論法則に基づいて構築しました。彼は、介在媒体を通じた伝播のメカニズムを導入することで、遠方の物体間のこの特定の形態の相互作用を説明しようとする従来の試みを放棄しました。^{[ 26 ]}彼はこの介在媒体をエーテルと呼びました。彼のエーテルモデルでは、ニュートンはエーテルを地球の表面に向かって絶えず下方へ「流れ」、部分的に吸収され、部分的に拡散される媒体として説明しています。このエーテルの「循環」こそが、重力の作用を非機械的な方法で説明するために彼が重力と関連付けたものです。^{[ 26 ]}この理論は異なるエーテル密度を記述し、エーテル密度勾配を作り出しました。彼の理論はまた、エーテルは物体の内部では希薄で、外部では高密度であると提唱しました。密度の高いエーテルの粒子が密度の低いエーテルと相互作用すると、水蒸気が冷えて互いに引き寄せられて水になるのと同様に、密度の高いエーテルに引き寄せられます。^{[ 27 ]}ニュートンは『プリンキピア』の中で、エーテルを流体の静的モデルに関連付けることで、エーテルの弾性と運動を説明しようと試みました。この初期の理論によれば、この弾性相互作用が重力の引力を引き起こし、重力を遠隔作用ではなく直接接触による作用として説明することを可能にしました。ニュートンは遠隔作用を「不条理」と考えていました。^{[ 28 ]}ニュートンはまた、1679年にロバート・ボイルに宛てた手紙の中で、エーテルのこの変化する希薄さと密度について説明しました。この手紙の中で、彼はエーテルと物体の周りのその場を図解し、これをロバート・ボイルに自分の理論を伝える方法として用いました。^{[ 27 ]}ニュートンは最終的に重力の理論を力と運動の法則を含むものに変更しましたが、重力の現代的な理解と説明の出発点は、重力に関する彼の最初のエーテルモデルでした。^{[ 29 ]}

脚注

引用文献