第3.18節：乙太理論：從被證偽的“靜海”到可演化的“能量海”

目錄 ／ 第3章：宏觀宇宙

一、乙太理論是什麼，它當年如何解釋世界

十九世紀的主流設想把光看成“在某種充滿宇宙的介質中傳播的波”，這層無處不在的介質被稱為“乙太”。

核心要點如下。

• 世界觀：乙太像一張靜止而普適的“宇宙海”，所有電磁波都必須在這張海裡起伏。
• 絕對參考系：因為乙太被設定為靜止，萬物相對於它的運動會產生“乙太風”。
• 可檢指紋：如果地球在乙太中穿行，不同方向的光路應出現細小但可測的速度差，干涉條紋會隨季節或晝夜發生漂移。

這套圖景在當時是自然的延伸。聲波需要空氣，水波需要水面，於是光波也“理應”需要介質。

二、乙太為何被證偽：關鍵實驗

一批里程碑式實驗沒有發現“乙太風”應有的各向異性信號。

• 邁克耳孫–莫雷干涉實驗：沿不同方向比較光程，未觀測到預期的條紋漂移。
• 甘迺迪–桑戴克、特勞頓–諾布林等實驗：在不同路徑長度和取向上繼續尋找各向異性，仍為零結果。
• 結論與轉向：這些結果與“局域光速對一切觀察者相同”的經驗事實相符，最終催生了狹義相對論，用四維時空取代理解“乙太”的角色。

簡言之：乙太作為“靜止的、可被風速測出的機械介質”並不存在。

三、它與能量絲理論的“能量海”有何本質不同

請把兩者的關鍵差異放到同一張表裡理解。

• 背景性質
  乙太：被設想為靜止、均一的背景。
  能量海：事件驅動、即時重構的連續介質。它有狀態，有回應，會被強事件改寫。
• 是否提供絕對靜止系
  乙太：有一個宇宙“絕對靜止”的參照。
  能量海：沒有絕對靜止。只有局域張度與其梯度決定的傳播上限與引導方向。
• 光速觀
  乙太：期待用“乙太風”測到各向異性。
  能量海：光速是局域張度下的傳播速度上限。在足夠小的局域內對所有觀察者一致；跨環境可隨張度緩慢變化，表現為路徑相關的行時差。局域一致與實驗事實相容，跨域慢變屬於天文尺度效應。
• 介質屬性
  乙太：概念上偏“靜態容器”。
  能量海：帶有張度與密度兩類材料屬性。張度決定傳播上限與“哪條路更順”，密度決定抽絲成形與儲能能力。
• 與物質、場的關係
  乙太：被動承載波。
  能量海：與能量絲共生。絲可從海“抽出”成環成結形成粒子，亦可“還絲”回海；海的張度版圖又被絲與事件持續改寫。

一句話：乙太是靜海假說；能量海是會“呼吸”的動態介質，有張度、有密度、會被寫入與重繪。

四、“乙太被證偽”的實驗有哪些適用邊界

這些經典實驗的結論堅實，但它們針對的是“靜態乙太＋乙太風”的假設。它們不能也不必排除“有張度的動態介質”。原因在於測量範圍與問題設定不同。

1. 目標不同
   乙太實驗尋找的是穩定各向異性：地球在乙太中“颳風”造成的本地光速方向差。
   能量海圖景強調局域各向同性（等效原理）與跨環境的緩慢變參。局域內自然給出光速一致，因而不會出現“乙太風”信號。
2. 為什麼這些實驗測不出“不同方向的光速”？

• 我們並不預言“同一點、同高度”出現方向性光速差
  在能量絲/能量海的語言裡，光速由“張度的數值”定標，這是一個標量；“力感/路徑偏轉”由張度梯度決定。地面實驗的水平面內，張度的數值幾乎各向同一（變數在豎直方向），因此同一點不同方向的“本地上限”一致。這本身就給出邁–莫實驗的“零結果”。
• 兩程測量會把“等值縮放”消掉
  即便存在極其微小的環境效應，同一裝置裡的尺與鐘都是“同麵團烤出來”的：張度把傳播上限和材料尺規（臂長、折射率、腔模）一起縮放。邁–莫測的是往返光程的相位差；在同高度、同一台儀器裡，這種等值縮放在兩臂間一階抵消，只剩下極其微小的二階殘差，歷史實驗達不到、現代光學腔的極限實驗也只把這種各向異性約束到了極低上限（與我們的“各向同性＋豎直梯度”圖像相容）。
• 沒有“乙太風”
  舊乙太假設期望地球在靜態介質裡“颳風”。在我們的圖景裡，能量海被本地品質分佈牽引，是隨引導場協同的動態介質，不存在可測的恒定“風向”。這也是為什麼旋轉裝置看不到隨取向改變的穩定漂移。

因此，經典實驗確鑿地排除了“靜態乙太＋乙太風”，同時與“局域等效、跨域緩變”的能量海並不矛盾。說“乙太被證偽”沒有問題；用同一把尺子去否定“有張度的動態介質”，則屬於適用範圍外。

五、乙太理論的歷史貢獻

即便乙太被證偽，它仍有三方面積極遺產。

• 思維上的踏腳石：它把“光需要介質嗎”這個問題擺上檯面，催生了精密的光學實驗傳統，直接推動了相對論的誕生。
• 實驗與計量革命：圍繞乙太的實驗把干涉計量精度推到極限，成為今天高精度時頻、引力波探測等技術的祖師級練兵場。
• 概念啟發：以“海”來理解傳播與相互作用的直覺很有生命力。能量絲理論的“能量海”並非復活乙太，而是承接這種直覺，並引入動態張度與材料屬性，把“海”從靜態假設升級為可以被測、能被寫入、能解釋跨尺度現象的物理介質。

小結

乙太理論把光的傳播放在“海”的直覺裡，這一步曾經必要，但“靜海＋乙太風”的版本被實驗否定。能量絲理論保留了“海”的直覺，同時把它升級為動態的、可重構的、帶張度與密度屬性的能量海。它在局域上與經典零結果相容，在跨域上用張度版圖解釋路徑行時與紅移的系統差。這不是回到舊乙太，而是向前走到一張會呼吸、能被寫入的“新海”。