关于场，以太，空间和时间_宇宙时间奥秘
麦克斯韦所预言的电磁波，照他自己的描述，可以想象为“带电或带磁物体周围空间中，一种电磁场的扰动”。这种波的特征，可以用它们的波长来表示——即相邻两个波之间，振动相同点的距离。射电波的波长一般是几米或更长，而放射性原子射出的伽玛射线，它的波长要小亿万倍——大约是氢原子直径的百分之一。我们眼睛的视网膜能感觉到的可见光，其波长是原子直径的几千倍，介于上述两种极端情况之间。
但是，载运电磁波的介质是什么呢？我们最熟悉的波，并不是从太阳晒到日光浴者头顶上的电磁波，而是从海里打在沙滩上的水波。难道麦克斯韦的电磁波，也一定要经过什么东西才能传播吗？麦克斯韦假定有一种叫做“以太”的介质，是它在载运电磁波。有趣的是，以太这个观念，起源于绝对空间的概念；直到爱因斯坦，才把这个观念扫除掉。
波长的意义
绝对时间和绝对空间源于古希腊思想，特别是亚里士多德。牛顿和其他许多人构想过一种参考框架，一种绝对静止的状态，它类似于一个巨大的、延伸到整个宇宙的网格。相对于这个框架或状态，一切物体的运动就可以在实验上和理论上和它比较。例如，一个在火车上往餐车走的乘客，他的速度可以从每小时几英里变化到几千英里，这决定于他的速度是相对于火车测量，还是相对于铁轨，还是相对于牛顿假设的绝对静止状态。正如我们已经提到过的，牛顿同样设想了“绝对时间”，它独立于空间，在任何地方都以同样的快慢流逝：“把时间联系于恒星运动（如柏拉图建议的那样），或者联系于‘运动数’（亚里士多德）、意识（奥古斯汀，Augustine）、世界和人类（亚维若艾斯，Averroes）或是生命和感觉，这些企图都已经一去不复返。时间成为一种普遍规律，不论发生了什么，这种规律都是自我存在着的”。
在牛顿时代，神学中的宇宙模型把绝对空间和时间定义为造物主的属性，是毫不困难的。但是，在牛顿物理学里，这样的绝对空间和时间到哪里才可以找得到，这是远远不清楚的。牛顿本人主张，绝对空间（以及绝对时间）应与太阳系的中心重合；另一些人后来进一步认为，应该用所谓“固定恒星的参考系”，作为绝对空间的框架。这些遥远的恒星，
由于距离上的原因，看起来是固定不动的。
实际上，在牛顿力学里，要承认绝对时间，就得否定绝对空间，否则逻辑上就讲不通。没有绝对静止、完全不动的状态——它完全决定于个人的观察角度，或者用术语来说，决定于观察者的参考系统。考虑一个最简单的例子，一个除了两个球以外，没有任何其它东西的宇宙。想象我们位于其中一个球上。如果两个球之间的距离在稳恒地增加，我们就不可能说，是这一个还是那一个球在动，还是两个球都在动。在这两个参考系中，不可能有哪一个是有特殊地位的。这本放在桌子上的书，虽然对地球来讲是不动的，但对太阳来讲，就完全不是这么回事了。我们也不能假定太阳是固定不动的，或者宇宙中确有某个地方是绝对静止的。牛顿的理论，实际上否定了这个绝对空间的观念，许多科学家和哲学家都指出过这一点，其中包括牛顿同时代的人，例如伯克莱主教 (Bishop Berkeley)和莱布尼兹，以及后来的庞加莱、马赫(Ernst Mach) 和爱因斯坦。
正是因为宇宙中没有特殊的、延及各处的网格，也没有一个点，像一张图表中的原点那样，可以被唯一地指认出来，所以在所有的参考系中，牛顿定律描述的是同样的物理现象。我们看来是理所当然的：一位空中小姐在斟咖啡时，她会认为咖啡流动的规律，不论飞机是停在跑道上，还是在 8000 米高空以固定的速度飞行，都是一样的。我们只要考虑相对运动的作用就行了：当火车以每小时 50 英里的速度，从一位坐在月台上的铁路值班员身边驰过时，一位乘客向着火车运行方向，以每小时
30 英里的速度扔出一个苹果核。这样，苹果核相对于值班员的速度，就是每小时 80 英里。在数学上，这可以用一种叫作伽里略变换的方法来表示，这个方法讲的是，当两个或更多的观测者作匀速相对运动，也就是他们两两之间的相对速度保持不变时，如何把他们的测量结果联系起来。
尽管在逻辑上站不住脚，绝对空间的观念对十九世纪的物理学家是太根深蒂固了，于是他们很自然地设想，以太弥漫于整个绝对空间，电磁波就是在这云雾状的以太中的扰动。以太是宇宙的属性，就像地图上的经纬一样。任何距离的测量，都可以相对于以太作出。但是对于这些物理学家来说，以太的含义，并不仅仅是一种宇宙的参考系而已。由于地球相对于绝对空间在运动，它就是在连续的“以太风”中疾驰。如果以太不是出于亚里士多德腐朽思想的一种心理上的神话，就应当找出证据，表明以太可以导致出某些实实在在的科学结果。著名的迈克耳孙—莫雷(Michelson—Morley)实验，其动机就是为了搜寻以太。关于这个实验和它的深远意义，我们将在下一章中再来谈。
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