エーテル理論

アイザック・ニュートンは『光学第三書』（初版1704年、第2版1718年）の中でエーテルの存在を示唆している。「このエーテル媒質は、水、ガラス、水晶、​​その他のコンパクトで密度の高い物体から空虚な空間へと流れ出ると、次第に密度が高くなり、それによって光線を一点ではなく、徐々に曲線状に曲げて屈折させるのではないか？…この媒質は、太陽、恒星、惑星、彗星といった密度の高い物体の内部では、それらの間の空虚な天体空間よりもはるかに希薄ではないか？そして、それらから遠く離れるにつれて、絶えず密度が高くなり、それによってそれらの巨大な物体同士、そしてそれらの物体の各部分が物体同士を引き寄せる重力が生じるのではないか？すべての物体は、媒質の密度の高い部分から希薄な部分へと向かおうとするのではないか？」^{[ 2 ]}

19 世紀には、光を伝えるエーテル、つまり光を運ぶエーテルが、光の伝播の理論上の媒体でした。ジェームズ クラーク マクスウェルは、エーテルを使用して電気と磁気の現象を説明するモデルを開発しました。このモデルは、現在マクスウェル方程式と呼ばれるものや、光が電磁波であるという理解につながりました。^{[ 3 ]}その後、1800 年代後半には、地球がエーテルを通過する運動を検出しようとするマイケルソン・モーリー実験など、ますます慎重な一連の実験が行われましたが、抵抗は検出されませんでした。さまざまなエーテル抵抗理論が提案され、この結果を説明できましたが、これらはより複雑で、恣意的に見える係数や物理的仮定を使用する傾向がありました。ジョセフ ラーモアは、電子の加速によって引き起こされる移動する磁場の観点からエーテルについて議論しました。

ヘンドリック・ローレンツとジョージ・フランシス・フィッツジェラルドは、ローレンツのエーテル理論の枠組みの中で、マイケルソン・モーリーの実験がエーテル中の運動を検出できなかった理由を説明しました。しかし、初期のローレンツ理論では、エーテル中の運動が複屈折効果を生み出すと予測されていましたが、レイリーとブレースはそれをテストして見つけることができませんでした（レイリーとブレースの実験）。これらの結果はすべて、1904年にローレンツとジョセフ・ラーモアによるローレンツ変換の完全な適用を必要としました。 ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}ヘルマン・ワイルは後に、マイケルソン、レイリー、その他の結果を要約して、エーテルは「物理学者の探求心による調査を逃れるための最後の試みとして、影の国に身を隠した」と書いています。^{[ 8 ]}アルベルト・アインシュタインの1905年の特殊相対性理論は、概念的な明快さに加えて、エーテルに全く言及することなくすべての実験結果を説明することができた。このことから、ほとんどの物理学者は、以前の光を伝えるエーテルの概念は有用な概念ではないと結論づけるに至った。

光と電磁気学の関連性が明らかになる以前、静電現象を説明するために電気エーテルが提唱された。ヨハン・オイラーは、クーロンの法則が導入される前の1757年に、エーテル内の流体力学に基づいて静電気力のモデルを開発した。^{[ 9 ]}ヨハンの父、レオンハルト・オイラーは1760年に、光を伝えるエーテルが電気現象を説明できるという仮説を立てた。^{[ 10 ]}

16 世紀から 19 世紀後半にかけて、重力効果もエーテルを用いてモデル化されていました。マックスウェルは、著書「電磁場の動力学的理論」の末尾の注釈で、電磁場に用いたものと同様の媒体に基づく重力のモデルについて論じています。彼は、その媒体は「膨大な固有エネルギー」を持ち、質量のある領域では必然的に減少しなければならないと結論付けました。彼は「媒体がそのような性質をどのように持つことができるのか理解できなかった」ため、それ以上追求しませんでした。^{[ 11 ]}最もよく知られている定式化はル・サージュの重力理論ですが、アイザック・ニュートン、ベルンハルト・リーマン、ケルビン卿もこのアイデアのバリエーションを検討しました。例えば、ケルビンは 1872 年にル・サージュのモデルに関する歴史的注釈を発表し、ル・サージュの提案はエネルギー保存則に反すると指摘しました。ケルビンは、原子のケルビン渦理論を用いてそれを救済する可能性のある方法を提案した。この理論はJJトムソンによって拡張されたが、最終的には生産性がないとして放棄された。^{[ 12 ]： 56}

これらの概念はいずれも、今日の科学界では実現可能とは考えられていない。

アルベルト・アインシュタインは一般相対性理論における重力場を指す言葉としてエーテルという言葉を使うことがあったが、この相対論的エーテル概念と古典的なエーテルモデルとの唯一の類似点は、空間に物理的性質が存在し、それが測地線によって特定できるという点だけである。ジョン・スタッヘルなどの歴史家が主張するように、アインシュタインの「新しいエーテル」に関する見解は、1905年に彼がエーテルを放棄したことと矛盾するものではない。アインシュタイン自身が指摘したように、その新しいエーテルには「実体」も運動状態も帰属させることはできない。^{[ 13 ]}アインシュタインの「エーテル」という言葉の使用は科学界でほとんど支持を得られず、現代物理学の継続的な発展に何ら役割を果たさなかった。^{[ 14 ] [ 15 ]}

量子力学は、極めて小さなスケールでは時空が空ではなく、変動し、信じられないほど速く出現したり消滅したりする粒子対を生成すると記述するために使用できます。ポール・ディラック^{[ 16 ]}などの一部の人々は、この量子真空は現代物理学における粒子エーテルに相当する可能性があると示唆しました。しかし、ディラックのエーテル仮説は量子電磁力学への不満から生じたものであり、主流の科学コミュニティからの支持を得ることはありませんでした。^{[ 17 ]}

物理学者のロバート・B・ラフリンは、量子真空は「相対論的エーテル」と見なせると示唆した。^{[ 18 ]}ポール・デイヴィスは、量子真空はいくつかの点でエーテルの古い概念に似ているが、両者は重要な点で異なっていると述べている。量子真空には「特権的な参照系がなく、物質体が運動していると言えるような静止状態がない」。^{[ 19 ]}

ルイ・ド・ブロイは、「いかなる粒子も、これまで孤立したとしても、隠された媒体と継続的に『エネルギー的に接触』しているものとして想像されなければならない」と述べた。^{[ 20 ] [ 21 ]}しかし、ド・ブロイが指摘したように、この媒体は「相対性理論に反するため、普遍的な基準媒体として機能することはできない」。^{[ 20 ]}