ตามวิทยาศาสตร์โบราณและยุคกลางอีเธอร์ ( / ˈ iː θ ər / ; การสะกดแบบอื่น ได้แก่æther , aitherและether ) หรือที่รู้จักกันในชื่อธาตุที่ห้าหรือแก่นแท้คือสสารที่เติมเต็มบริเวณของจักรวาล ที่อยู่ นอกเหนือทรงกลม ของ โลก^{[ 1 ]}แนวคิดของอีเธอร์ถูกนำมาใช้ในทฤษฎีหลายทฤษฎีเพื่ออธิบายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติหลายอย่าง เช่น การแพร่กระจายของแสงและแรงโน้มถ่วง ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 นักฟิสิกส์ตั้งสมมติฐานว่าอีเธอร์แทรกซึมอยู่ในอวกาศ ทำให้เป็นสื่อกลางที่แสงสามารถเดินทางผ่านในสุญญากาศได้แต่ไม่พบหลักฐานการมีอยู่ของสื่อกลางดังกล่าวในการทดลองของมิเชลสัน-มอร์ลีย์และผลลัพธ์นี้ถูกตีความว่าไม่มีอีเธอร์ที่นำแสงได้^{[ 2 ]}

คำว่าαἰθήρ ( aithḗr ) ในภาษากรีกโฮเมอร์หมายถึง "อากาศบริสุทธิ์ สดชื่น" หรือ "ท้องฟ้าแจ่มใส" ^{[ 3 ]}ในเทพปกรณัมกรีกเชื่อกันว่าเป็นแก่นแท้บริสุทธิ์ที่เหล่าเทพหายใจเข้าไป เติมเต็มพื้นที่ที่พวกเขาอาศัยอยู่ เปรียบได้กับอากาศที่มนุษย์หายใจเข้าไป^{[ 4 ]}นอกจากนี้ยังถูกทำให้เป็นเทพเจ้าองค์หนึ่ง คือเอเธอร์บุตรของเอเรบัสและนิกซ์ในเทพปกรณัมกรีกดั้งเดิม^{[ 5 ]}เอเธอร์มีความเกี่ยวข้องกับαἴθω "เผาไหม้" ^{[ 6 ]}และกริยาไม่ต้องการกรรม "เผาไหม้ ส่องแสง" (เกี่ยวข้องกับชื่อAithiopes ( ชาว เอธิโอเปียดูAethiopia ) ซึ่งหมายถึง "ผู้คนที่มีใบหน้าไหม้เกรียม (ดำ)") ^{[ 7 ] [ 8 ]}

ในหนังสือ Timaeusของเพลโต (58d) เมื่อพูดถึงอากาศ เพลโตกล่าวว่า “มีชนิดที่โปร่งแสงที่สุดซึ่งเรียกว่าอีเธอร์ (αἰθήρ)” ^{[ 9 ]}แต่โดยทั่วไปแล้วเขาใช้ระบบธาตุทั้งสี่แบบคลาสสิกอริสโตเติลซึ่งเป็นศิษย์ของเพลโตที่อะคาเดมีเห็นด้วยกับอาจารย์เก่าของเขาในประเด็นนี้ โดยเน้นย้ำเพิ่มเติมว่าบางครั้งไฟก็ถูกเข้าใจผิดว่าเป็นอีเธอร์ อย่างไรก็ตาม ในหนังสือOn the Heavens ของเขา เขาได้แนะนำธาตุ “แรก” ใหม่เข้าสู่ระบบธาตุแบบคลาสสิกของปรัชญาไอโอเนียนเขาตั้งข้อสังเกตว่าธาตุคลาสสิกทั้งสี่บนโลกนั้นเปลี่ยนแปลงได้และเคลื่อนที่ไปในแนวเส้นตรงตามธรรมชาติ แต่ธาตุแรกซึ่งตั้งอยู่ในดินแดนสวรรค์และเทหวัตถุบนท้องฟ้า เคลื่อนที่ไปในแนววงกลมและไม่มีคุณสมบัติใดๆ เหมือนกับธาตุคลาสสิกบนโลก มันไม่ร้อนไม่เย็น ไม่เปียกไม่แห้ง ด้วยการเพิ่มเติมนี้ ระบบของธาตุจึงขยายเป็นห้า และต่อมานักวิจารณ์เริ่มเรียกธาตุแรกใหม่นี้ว่าธาตุที่ห้า และยังเรียกมันว่าอีเธอร์ซึ่งเป็นคำที่อริสโตเติลเคยใช้ในหนังสือ^On the Heavens and the Meteorology [ ^{10 ]}

อีเธอร์แตกต่างจากธาตุทั้งสี่บนโลก อีเธอร์ไม่สามารถเคลื่อนที่ในเชิงคุณภาพหรือเชิงปริมาณได้ อีเธอร์สามารถเคลื่อนที่ได้เฉพาะในบริเวณใกล้เคียงเท่านั้น โดยธรรมชาติแล้วอีเธอร์จะเคลื่อนที่เป็นวงกลม และไม่มีการเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้ามหรือผิดธรรมชาติ อริสโตเติลยังกล่าวอีกว่าทรงกลมท้องฟ้าที่ทำจากอีเธอร์นั้นบรรจุดวงดาวและดาวเคราะห์ไว้ แนวคิดเรื่องทรงกลมอีเธอร์ที่เคลื่อนที่ด้วยการเคลื่อนที่แบบวงกลมตามธรรมชาติ นำไปสู่คำอธิบายของอริสโตเติลเกี่ยวกับวงโคจรที่สังเกตได้ของดวงดาวและดาวเคราะห์ที่เคลื่อนที่แบบวงกลมอย่างสมบูรณ์^{[ 1 ] [ 11 ]}

นักปรัชญายุคกลางยอมรับ การเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของ อีเธอร์โดยถือว่าวัตถุของดาวเคราะห์มีความหนาแน่นมากกว่าตัวกลางที่เติมเต็มส่วนที่เหลือของจักรวาล^{[ 12 ]}โรเบิร์ต ฟลัดด์กล่าวว่าอีเธอร์นั้น "ละเอียดอ่อนกว่าแสง" ฟลัดด์อ้างถึงมุมมองของโพลตินัส ในศตวรรษที่ 3 เกี่ยวกับอีเธอร์ว่าสามารถแทรกซึมได้และไม่มีตัวตน^{[ 13 ]}

ควินเทสเซนส์ (𝓠) เป็น ชื่อ ภาษาละตินของธาตุที่ห้าที่นักเล่นแร่แปรธาตุในยุคกลางใช้สำหรับสื่อที่คล้ายคลึงหรือเหมือนกับที่คิดว่าประกอบขึ้นเป็นเทหวัตถุบนท้องฟ้า มีการสังเกตว่ามีควินเทสเซนส์อยู่ในทรงกลมโลกน้อยมาก เนื่องจากมีควินเทสเซนส์น้อย โลกจึงอาจได้รับผลกระทบจากสิ่งที่เกิดขึ้นภายในเทหวัตถุบนท้องฟ้า^{[ 14 ]}ทฤษฎีนี้ได้รับการพัฒนาในตำราThe testament of Lullius ในศตวรรษที่ 14 ซึ่งเชื่อกันว่าเป็นผลงานของRamon Llullการใช้ควินเทสเซนส์เป็นที่นิยมในวิชาเล่นแร่แปรธาตุในยุคกลาง ควินเทสเซนส์มีที่มาจากระบบธาตุในยุคกลาง ซึ่งประกอบด้วยธาตุคลาสสิกสี่ธาตุ และอีเธอร์ หรือควินเทสเซนส์ นอกเหนือจากธาตุเคมีสองธาตุที่เป็นตัวแทนของโลหะ ได้แก่กำมะถัน "หินที่เผาไหม้" ซึ่งมีลักษณะเฉพาะของหลักการติดไฟได้ และปรอทซึ่งมีหลักการในอุดมคติของคุณสมบัติของโลหะ

ระบบธาตุนี้แพร่กระจายอย่างรวดเร็วทั่วทั้งยุโรปและได้รับความนิยมในหมู่นักเล่นแร่แปรธาตุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวิชาเล่นแร่แปรธาตุทางการแพทย์ วิชาเล่นแร่แปรธาตุทางการแพทย์จึงพยายามแยกแก่นแท้และนำมาใช้ในยาและยาอายุวัฒนะ^{[ 14 ]}เนื่องจากแก่นแท้มีคุณสมบัติบริสุทธิ์และศักดิ์สิทธิ์ จึงเชื่อกันว่าการบริโภคแก่นแท้จะช่วยขจัดสิ่งสกปรกหรือโรคภัยไข้เจ็บได้ ในหนังสือแก่นแท้ซึ่งเป็นการแปลตำราจากทวีปยุโรปเป็นภาษาอังกฤษในศตวรรษที่ 15 แก่นแท้ถูกใช้เป็นยาสำหรับรักษาโรคภัยไข้เจ็บของมนุษย์หลายชนิด กระบวนการสร้างแก่นแท้ที่ระบุไว้คือการกลั่นแอลกอฮอล์เจ็ดครั้ง^{[ 15 ]}เมื่อเวลาผ่านไป คำว่าแก่นแท้ได้กลายเป็นคำพ้องความหมายกับยาอายุวัฒนะวิชาเล่นแร่แปรธาตุทางการแพทย์และ ศิลา แห่งนักปรัชญา^{[ 16 ]}

ด้วยการพัฒนาทางฟิสิกส์ในศตวรรษที่ 18แบบจำลองทางฟิสิกส์ที่เรียกว่า "ทฤษฎีอีเธอร์" ได้ใช้แนวคิดที่คล้ายกันเพื่ออธิบายการแพร่กระจายของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงโน้มถ่วง ตั้งแต่ช่วงปี 1670 นิวตันได้ใช้แนวคิดของอีเธอร์เพื่อช่วยจับคู่การสังเกตกับกฎกลศาสตร์ที่เข้มงวดของฟิสิกส์ของเขา^{[ 17 ] [ a ]} ​​อีเธอร์ในยุคต้นสมัยใหม่นั้นแทบไม่มีอะไรเหมือนกับอีเธอร์ของธาตุคลาสสิกซึ่งเป็นที่มาของชื่อนี้ ทฤษฎีอีเธอร์เหล่านี้ถือว่าล้าสมัยทางวิทยาศาสตร์แล้ว เนื่องจากการพัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษแสดงให้เห็นว่าสมการของแม็กซ์เวลล์ไม่จำเป็นต้องใช้อีเธอร์ในการส่งผ่านแรงเหล่านี้ ไอน์สไตน์ตั้งข้อสังเกตว่าแบบจำลองของเขาเองซึ่งเข้ามาแทนที่ทฤษฎีเหล่านี้สามารถคิดได้ว่าเป็นอีเธอร์เช่นกัน เนื่องจากมันบ่งชี้ว่าพื้นที่ว่างระหว่างวัตถุมีคุณสมบัติทางกายภาพของตัวเอง^{[ 19 ]}

แม้ว่าแบบจำลองอีเธอร์ในยุคต้นสมัยใหม่จะถูกแทนที่ด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปแล้วก็ตาม แต่นักฟิสิกส์บางคนก็พยายามนำแนวคิดเรื่องอีเธอร์กลับมาใช้อีกครั้งเพื่อแก้ไขข้อบกพร่องที่รับรู้ได้ในแบบจำลองทางฟิสิกส์ในปัจจุบัน^{[ 20 ]} แบบจำลอง พลังงานมืดที่เสนอขึ้นมาแบบหนึ่งได้รับการตั้งชื่อว่า " ควินเทสเซนส์ " โดยผู้สนับสนุน เพื่อเป็นเกียรติแก่ธาตุคลาสสิก^{[ 21 ]}แนวคิดนี้เกี่ยวข้องกับรูปแบบสมมติของพลังงานมืดที่ตั้งสมมติฐานขึ้นเพื่ออธิบายการสังเกตการณ์ของเอกภพที่เร่งตัวขึ้น นอกจากนี้ยังถูกเรียกว่าแรงพื้นฐานที่ห้า อีก ด้วย

การเคลื่อนที่ของแสงเป็นหัวข้อการวิจัยทางฟิสิกส์มายาวนานหลายร้อยปีก่อนศตวรรษที่ 20 การใช้คำว่าอีเธอร์เพื่ออธิบายการเคลื่อนที่นี้เป็นที่นิยมในช่วงศตวรรษที่ 17 และ 18 รวมถึงทฤษฎีที่เสนอโดยโยฮันน์ที่ 2 เบอร์นูลลีซึ่งได้รับการยกย่องในปี 1736 ด้วยรางวัลจากสถาบันฝรั่งเศส ในทฤษฎีของเขา พื้นที่ทั้งหมดถูกแทรกซึมด้วยอีเธอร์ที่มี "กระแสน้ำวนขนาดเล็กมาก" กระแสน้ำวนเหล่านี้ทำให้อีเธอร์มีความยืดหยุ่นในระดับหนึ่ง โดยส่งผ่านการสั่นสะเทือนจากอนุภาคแสงขณะที่เดินทางผ่าน^{[ 22 ]}

ทฤษฎีอีเธอร์ที่เป็นตัวนำแสง นี้ มีอิทธิพลต่อทฤษฎีคลื่นแสงที่เสนอโดยคริสเตียน ฮอยเกนส์ซึ่งกล่าวว่าแสงเดินทางในรูปของคลื่นตามยาวผ่าน "ตัวกลางที่มีอยู่ทุกหนทุกแห่ง ยืดหยุ่นได้อย่างสมบูรณ์แบบ และมีความหนาแน่นเป็นศูนย์ เรียกว่าอีเธอร์" ในขณะนั้น มีความคิดว่าเพื่อให้แสงเดินทางผ่านสุญญากาศได้ จะต้องมีตัวกลางเติมเต็มช่องว่างนั้นเพื่อให้แสงสามารถแพร่กระจายไปได้ เช่นเดียวกับเสียงที่เดินทางผ่านอากาศหรือระลอกคลื่นในสระน้ำ ต่อมา เมื่อมีการพิสูจน์แล้วว่าธรรมชาติของคลื่นแสงเป็นคลื่นตามขวางแทนที่จะเป็นคลื่นตามยาว ทฤษฎีของฮอยเกนส์จึงถูกแทนที่ด้วยทฤษฎีต่อมาที่เสนอโดยแม็กซ์เว ลล์ ไอน์สไตน์และเดอ บรอยล์ซึ่งปฏิเสธการมีอยู่และความจำเป็นของอีเธอร์ในการอธิบายปรากฏการณ์ทางแสงต่างๆ ทฤษฎีเหล่านี้ได้รับการสนับสนุนจากผลการทดลองของมิเชลสัน-มอร์ลีย์ซึ่งแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าไม่มีหลักฐานการเคลื่อนที่ของอีเธอร์^{[ 23 ]}ผลการทดลองมีอิทธิพลต่อนักฟิสิกส์หลายคนในสมัยนั้นและมีส่วนช่วยในการพัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ของไอน์สไต น์ ในที่สุด ^{[ 24 ]}

ในปี พ.ศ. 2325 Jakob Bernoulliได้กำหนดทฤษฎีที่ว่าความแข็งของวัตถุขึ้นอยู่กับความดันของอีเธอร์^{[ 25 ]} อีเธอร์ถูกใช้ในทฤษฎีแรงโน้มถ่วงต่างๆ ในฐานะสื่อกลางเพื่อช่วยอธิบายแรงโน้มถ่วงและสาเหตุของมัน

ไม่กี่ปีต่อมา อีเธอร์ถูกนำมาใช้ในทฤษฎีแรงโน้มถ่วงที่ตีพิมพ์ครั้งแรกๆ ของ เซอร์ ไอแซค นิวตัน ในหนังสือ Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica ( Principia , 1687) เขาใช้กฎทางทฤษฎีของการปฏิสัมพันธ์แบบไดนามิกเป็นพื้นฐานในการอธิบายการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ทั้งหมด เขาละทิ้งความพยายามที่มีอยู่ในการอธิบายปฏิสัมพันธ์รูปแบบเฉพาะนี้ระหว่างวัตถุที่อยู่ห่างไกลกันโดยการแนะนำกลไกการแพร่กระจายผ่านตัวกลาง^{[ 26 ]}เขาเรียกตัวกลางนี้ว่าอีเธอร์ ในแบบจำลองอีเธอร์ของเขา นิวตันอธิบายอีเธอร์ว่าเป็นตัวกลางที่ "ไหล" ลงสู่พื้นผิวโลกอย่างต่อเนื่อง และถูกดูดซับบางส่วนและกระจายออกไปบางส่วน การ "หมุนเวียน" ของอีเธอร์นี้เองที่เขานำมาเชื่อมโยงกับแรงโน้มถ่วงเพื่อช่วยอธิบายการทำงานของแรงโน้มถ่วงในลักษณะที่ไม่ใช่เชิงกล^{[ 26 ]}ทฤษฎีนี้อธิบายถึงความหนาแน่นของอีเธอร์ที่แตกต่างกัน ทำให้เกิดการไล่ระดับความหนาแน่นของอีเธอร์ ทฤษฎีของเขายังเสนอว่าอีเธอร์จะเบาบางภายในวัตถุและหนาแน่นภายนอกวัตถุ เมื่ออนุภาคของอีเธอร์ที่หนาแน่นกว่ามีปฏิสัมพันธ์กับอีเธอร์ที่เบาบาง พวกมันจะถูกดึงดูดกลับไปยังอีเธอร์ที่หนาแน่นกว่า คล้ายกับไอน้ำที่เย็นตัวลงจะถูกดึงดูดกลับเข้าหากันเพื่อก่อตัวเป็นน้ำ^{[ 27 ]}ในPrincipiaเขาพยายามอธิบายความยืดหยุ่นและการเคลื่อนที่ของอีเธอร์โดยเชื่อมโยงอีเธอร์กับแบบจำลองสถิตของของเหลวของเขา ปฏิสัมพันธ์ที่ยืดหยุ่นนี้เองที่ทำให้เกิดแรงดึงดูดของแรงโน้มถ่วง ตามทฤษฎีในยุคแรกนี้ ทำให้สามารถอธิบายแรงโน้มถ่วงได้ในแง่ของการกระทำผ่านการสัมผัสโดยตรง แทนที่จะเป็นการกระทำจากระยะไกล ซึ่งนิวตันถือว่าเป็น "เรื่องไร้สาระ" ^{[ 28 ]}นิวตันยังอธิบายการเปลี่ยนแปลงความเบาบางและความหนาแน่นของอีเธอร์ในจดหมายถึงโรเบิร์ต บอยล์ในปี 1679 เขาได้แสดงภาพอีเธอร์และสนามของมันรอบวัตถุในจดหมายฉบับนี้เช่นกัน และใช้สิ่งนี้เป็นวิธีแจ้งให้โรเบิร์ต บอยล์ทราบเกี่ยวกับทฤษฎีของเขา^{[ 27 ]}แม้ว่าในที่สุดนิวตันจะเปลี่ยนทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของเขาเป็นทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับแรงและกฎการเคลื่อนที่ แต่จุดเริ่มต้นของความเข้าใจและการอธิบายแรงโน้มถ่วงในยุคปัจจุบันของเขานั้นมาจากแบบจำลองอีเธอร์ดั้งเดิมของเขาเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วง^{[ 29 ]}