簡版結論：（注意這個回答涉及一些音韻學知識，因為不講的話，就講不清楚「茶」字怎么來的）1、「茶」和「荼」本一字分化，就是形聲字，從「艸」，「余」聲。這個「余」聲是指古音，也即漢語音韻學中的所謂的「喻四歸定」。如：「涂」從「余」得聲，是古音諧聲。
2、「cha2」在魏晉以前跟「荼」的讀音一樣，類似福建閩南語的發(fā)音，福建閩南語也就是英文「tea」之詞源。這也就是漢語音韻學中所謂的「古無舌上音」。如：「姚、逃、兆」，都從「兆」得聲。「逃」從「兆」的上古音，也即舌頭音得聲，「姚」的聲母喻三，是從「兆」的中古音得聲。『兆』是舌上音，也是中古音。
『茶』是舌上音，『荼』是舌頭音，今之舌上音古讀舌頭音。
簡單的講一下這個音變關系：
中古「三十六字母」中的「喻母」分為「喻三」和「喻四」在上古漢語中沒有，「喻四」來源于舌頭音「端、透、定」三紐，「喻三」來源于「匣母」。這是民國音韻學家曾運乾首先提出來的，。
中古「三十六字母」中的「知、徹、澄」三母在上古漢語中沒有，是從舌頭音「端、透、定」三紐中分化而來的。這是乾嘉學者錢大昕的發(fā)現(xiàn)。 南方方言閩南語、潮州話等，是最能體現(xiàn)「古無舌上音」的方言：
福建話是最能體現(xiàn)「古無舌上音」現(xiàn)象的漢語方言，「茶」字則是非常典型的一個例子：
3、從古人的的經(jīng)文注解看，「荼（tu2）」的本義指「苦味植物」。唐宋以后，飲茶之風興起，將「荼（tu2）」字簡省了一筆，造「茶」字，專門表示「苦味植物茶葉」。這種「一字分化」的造字方法在漢字中很常見，比如：「陳、陣」「大、太」「刀、刁」都是。略微改變本字的字形，造一個新字，承擔本字的一部分職務。目的使得漢字能更準確的記錄漢語，不發(fā)生歧義。
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詳細的論證：《說文》有「荼」無「茶」，「荼」字以「艸」表意，從「余」得聲，《說文》：荼，苦荼也。從艸，余聲。
徐鉉注《說文》：此即今之茶字。
「荼」的本義是「苦味植物」，引申義「痛苦」從古人的經(jīng)傳注解來看，「荼」的本義可以指很多「苦味植物」以及「野草」：
《詩?邶風?谷風》：「誰謂荼苦，其甘如薺。」毛傳：「荼，苦菜也?！埂秶Z?吳語》：「萬人以為方陣，皆白裳、白旂、素甲、白羽之矰，望之如荼。」韋昭注：「荼，茅秀也?！埂对?周頌?良耜》：「以薅荼蓼?！箍追f達疏：「蓼是穢草，荼亦穢草。」「茶樹」也是苦味植物，「荼」也可能包括「茶」，東漢成書《神農本草經(jīng)》中的「荼」一般認為就是指的「茶葉、茶樹」
《神農本草經(jīng)》：神農嘗百草，日遇七十二毒，得荼而解之。
人類喜歡食用的果蔬，成熟以后都有甜味，所以人類天然喜歡甜味的糖，所以「甜」可以表達愉悅、歡喜的意思，「甜心、甜蜜」等等。
有很多有毒植物都是「苦味」，所以人類天然不喜歡苦味，苦味帶給人類痛苦，所以，「荼」在古漢語中也引申表示痛苦。如：荼毒、涂炭生靈
《書?湯誥》：「爾萬方百姓，罹其兇害，弗忍荼毒。」
孔穎達疏：「《釋草》云：『荼，苦菜』此菜味苦，故假以言人苦；毒，謂螫人之蟲，蛇虺之類，實是人之所苦；故併言荼毒，以喻苦也?！?/p>
「甜、苦」其實是人類判斷食物是否有毒的一個捷徑?！柑?、苦」分別表示「愉悅」和「痛苦」的隱喻，似乎不分文化和地域，遍布人類所有的語言。
如英文中稱喜歡的人或者孩子為「sweet、honey」。
傳世文獻——「荼」始見于小篆；出土文獻——「荼」始見于戰(zhàn)國楚簡《說文》以小篆為本，《說文》小篆的「荼」：
從出土材料來看，「荼」最早見于戰(zhàn)國楚簡：
上博楚簡中的「荼」在上博楚簡《子道餓》的第四簡、第五簡中，「荼」都是表示其引申義「痛苦」：
引自：馬承源. (2002). 上海博物館藏戰(zhàn)國楚竹書.八. 上海古籍出版社.頁127（第四簡）、128（第五簡）大約在唐代，「茶」從「荼」中分化出來，專職表示「茶葉」「茶葉」在唐代以前有很多稱謂，如：
戰(zhàn)國《爾雅》：槚，苦荼。
西漢《方言》：蜀南人謂荼曰蔎
唐代《茶經(jīng)》：一曰槚，一曰蔎，一曰茗，一曰荈
從文獻來看，普遍認為「茶」字的形、音，是中唐以后確定下來的。
唐代陸羽《茶經(jīng)》開篇即云：「茶者，南方之嘉木也」。。。。陸羽又言「茶」字出自《開元文字音義》（此書已經(jīng)散佚）：
「從草，當作『茶』 ，其字出《開元文字音義》。從木，當作（木茶），其字出《本草》。草木并，作『荼』 ，其字出《爾雅》」。唐人白居易〈香爐峰下新置草堂詠懷題石〉：「架巖結茅宇，斫壑開茶園。」，又據(jù)清代學者顧炎武的音韻學考證：「茶」字之音、之形。始于中唐：
《唐韻正》卷四：荼，宅加切，古音塗。按：荼荈之荼與苦荼之荼，本是一字。古時未分麻韻，荼荈字亦只讀為徒。漢魏以下乃音宅加反，而加字音居何反，猶在歌戈韻，梁以下始有今音。又妄減一畫為茶字……則此字變于中唐以下也。
《日知錄·茶》：荼字自中唐始變作茶。
陸羽所說的「茶」字所出的《開元文字音義》，是唐玄宗李隆基編纂的，是唐代的標準字體字書。
《新唐書.藝文志》記載「玄宗《開元文字音義》三十卷」，但此書已經(jīng)散佚。唐蘭先生先生稱《開元文字音義》的起到的「書同文」作用，堪比秦始皇。
故當代茶圣吳覺農先生認為是李隆基將「荼」字去掉一筆變?yōu)椤覆琛棺?，姑備一說吧！
另外，有些文獻也記載「茶」字始見于漢代，也即唐人顏師古注《漢書》中的「茶陵」「荼陵」，在漢代「茶、荼」二字似乎可以通用。
但是，到唐代「茶、荼」二字，才各有所專，不得相混。
更詳細的可參：萬獻初先生博客文章《“茶、荼”的音義》——所以，說「茶」字始見于唐代比較靠譜一點。
如果是唐明皇改「荼」為「茶」，是不是以此會意「草木中人在采茶」？
「茶（荼）」字發(fā)音在全世界的傳播中國是「茶」的故鄉(xiāng)，西方和東亞、南亞等很多國家語言中從「茶」的發(fā)音，都來自漢語。
從這些發(fā)音可以窺見茶的傳播路徑：
引自：郭孟良. (2003). 中國茶史. 山西古籍出版社.頁5-6可見荷蘭、英國、法國語言中的「tea」的發(fā)音，其實來自福建方言，接近「茶」的上古音「荼」。前面說過，福建方言保留一些上古音發(fā)音。
日本、葡萄牙、印度、俄羅斯等國「cha」的卷舌發(fā)音。來自廣東話的發(fā)音，上文說過，zhi、ch、sh這樣的「卷舌音」是中古音才有的。