爱因斯坦7以太1895

    1894年冬，离开路易波尔德高级中学的爱因斯坦独自乘火车穿过阿尔卑斯山来到了意大利与家人团圆了。半年前，赫尔曼先到了意大利米兰，后来又听从意大利代理商的意见搬到了米兰附近更适合小公司发展的帕维亚，因此，爱因斯坦是在帕维亚与家人团聚的。

    爱因斯坦告诉大惊失色的父母自己再也不回德国了，并保证自己会通过自学，来年1895年秋天就报考瑞士的苏黎世联邦理工学院。刚到帕维亚爱因斯坦就买了朱尔·维奥勒的三大卷高等物理学教科书，在研读过程中还在书页边缘密密麻麻地写下了自己的各种想法。在自学的过程中爱因斯坦具备专注的能力，甚至在喧闹的人群中，他也能独自坐到沙发上，拿出纸和笔，将墨水瓶晃晃悠悠地搁在扶手上，专注地思考问题，周围的喧哗好像没有干扰他，反而激励了他更加专注的思考。

    1895年，失学的爱因斯坦和家人在帕维亚的公寓里度过了春天和夏天，同时也不时到家族公司里帮忙。在公司的打杂过程中，爱因斯坦更好的了解了磁体、线圈和感生电流的运作方式，虽然他无法使家里的企业盈利，也不打算为公司做全职工作，但他在公司业余的打杂还是给家人留下了深刻的印象。有一次，雅各布在一台新机器的计算上碰到了问题就是由16岁的爱因斯坦解决的，他的叔叔对此记忆犹新并倍感自豪，他对一个朋友说：“您知道，我的侄子真是了不起，我和我的助理工程师绞尽脑汁考虑好多天都没有解决的问题，这个小家伙不到一刻钟就全部解决了。您还会听到关于他的消息的。”

    这一时期在自学和打杂之余，爱因斯坦还一连数日到阿尔卑斯山和亚平宁山脉进行了远足，他很喜欢那种站在群山之巅体验到的崇高之感，北意大利那种非德国式的风雅也令爱因斯坦满心欢喜，在他看来，意大利让人喜欢得入迷，人们的天然淳朴与德国那种精神压迫和机械式的顺从形成了鲜明对照。无论是生活方式还是风光艺术，一切都吸引着他。

    1895年，爱因斯坦最终自学完了牛顿和莱布尼茨创造的微积分这一神奇而强大的数学技艺，这年夏天被塔尔梅自10岁开始科学启蒙6年后，爱因斯坦堆积的科学知识和自学疑问推动他写出了自己人生中第一篇理论物理学论文，题为《磁场中的以太状态研究》。

    令后人惊讶的是以抛弃以太概念为起点和特色的相对论之父人生中的第一篇理论物理学论文研究的竟然是以太的性质。以太是19世纪末期和20世纪初期物理学革命的一个核心领域和概念，它最早是古希腊哲学家亚里士多德（公元前384年—前322年3月7日）所设想的一种物质，在亚里士多德看来“以太”是除了水、火、气、土之外，居于天空上层的第五种物质元素。

    17世纪法国哲学家、数学家、物理学家勒内·笛卡尔（1596年3月31日-1650年2月11日）最先将以太引入科学，并赋予它某种力学性质。在笛卡尔看来，物体之间的所有作用力都必须通过某种中间媒介物质来传递，不存在任何超距作用。因此，空间不可能是空无一物的，它被以太这种媒介物质所充满。

    后来，以太又在很大程度上作为光波的荷载物同光的波动学说相联系。荷兰物理学家、天文学家、数学家克里斯蒂安·惠更斯(1629年04月14日—1695年07月08日)和英国博物学家、发明家罗伯特·胡克（1635年7月18日－1703年3月3日）都提倡光的波动说，他们假定空间具有无所不在的以太，以此作为波动媒介，这时期的以太便称为“发光以太”或“光以太”。

    英国著名的物理学家、数学家艾萨克·牛顿（1643年1月4日—1727年3月31日）虽然在光学上提倡微粒说，但他也借助以太的稀疏和压缩来解释光的反射和折射，甚至假想以太是造成引力作用的可能原因。

    到了19世纪，以太观念在光的波动说理论中真正展现威力。1825年前后，英国医生、物理学家托马斯·杨（1773年06月13日-1829年05月10日）和法国物理学家奥古斯丁·让·菲涅耳（1788年5月10日-1827年7月14日）扭转了牛顿后光的微粒说占优势的局面，提出了升级版的光的波动说理论，以波动说成功地解释了光的干涉、衍射、双折射、偏振，甚至光的直线传播现象。鉴于光的波动说需要传播光的媒介，因此，19世纪大多数物理学家相信光波传播媒介以太的存在。

    随着英国物理学家、化学家迈克尔·法拉第（1791年9月22日～1867年8月25日）和英国苏格兰的物理学家、数学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（1831年6月13日—1879年11月5日）电磁理论的逐渐成熟，以太概念在电磁学中也获得了地位，被成为电磁以太。1831年，法拉第关于电磁感应实验的成功，促使他建立了电磁力线的概念，并以此概念解释电、磁及其彼此感应的作用，后来，他又提出了电场、磁场和力线场的概念。19世纪60年代，麦克斯韦提出位移电流的概念，借用以太观念成功地将法拉第的电磁力线表述为一组数学方程式，建立了名闻天下的麦克斯韦方程组。

    在导出麦克斯韦方程组时，麦克斯韦曾提出，磁感应强度就是以太速度；以太绕磁力线转动形成带电涡元；甚至将他的位移电流概念从绝缘体推广到以太范围。从麦克斯韦方程组中可以导出，电磁扰动的传播速度与已知的光速在实验误差范围内是一致的，因此，麦克斯韦在指出电磁扰动的传播与光传播的相似之后写道：“光就是产生电磁现象的媒质（以太）的横振动，传播电磁与传播光只不过是同一种介质而已。”1888年，德国物理学家海因里希·鲁道夫·赫兹（1857年2月22日－1894年1月1日）以实验证明电磁扰动的传播及其速度，也即发现了电磁波的真实存在，这个事实曾一度被人们理解为证实以太存在的决定性实验。

    以太的概念实际上代表了经典物理学的观点：电磁波的传播需要一个“绝对静止”的参考系，当参考系改变，光速也改变。这个“绝对静止系”就是“以太系”，其他惯性系的观察者所测量到的光速，应该是“以太系”的光速与这个观察者在“以太系”上的速度之矢量和。